Фамилия Мочкаев образована от прозвища или мирского имени Мочкай. Основа слова — «мочка», которая в русских говорах имела несколько значений. В первую очередь, это ушная мочка, но также так называли кисть, связку чего-либо (например, мочка льна или ниток), а в некоторых диалектах — небольшой мешочек или кисет. Прозвище Мочкай могли дать человеку с заметной, крупной мочкой уха или тому, кто постоянно носил при себе кисет, скажем, с табаком.

Суффикс -ай в основе — типичный для русских прозвищ, выражающий характерный признак (сравните: Гуляй, Болтай, Лентяй). Фамилия строится по простой патронимической модели: Мочкай → Мочкаев, то есть «сын Мочкая». Окончание -ев, а не -ов, объясняется тем, что основа заканчивается на мягкий или шипящий звук.

В отличие от более распространённых фамилий на -ин или -ов, Мочкаев встречается реже. Её география, вероятно, связана с северными и центральными регионами России, где диалектное слово «мочка» было в ходу. В ономастических справочниках эта фамилия не фигурирует как дворянская или старобоярская — скорее всего, она возникла в крестьянской или мещанской среде не позднее XVII–XVIII веков, когда у простых людей массово закреплялись фамилии по отцовскому прозвищу.

Интересно, что однокоренные фамилии — Мочкин, Мочков — образованы от той же основы, но с другими суффиксами. Мочкаев выделяется именно моделью с -ай, что делает её более «прозвищной» по происхождению. Спорных версий у фамилии нет: все лингвисты сходятся на связи с «мочкой», а попытки возвести её к тюркским корням (например, к слову «мочка» как «сильный») выглядят натянутыми, поскольку слово чисто славянское и диалектное.