Фамилия Мозговий звучит как отчество-прилагательное, отвечающее на вопрос «чей?». Модель на -ий (в украинской традиции) или -ой (в русской, закрепившаяся в написании Мозговой) указывает на принадлежность: Мозговий — сын или потомок человека по прозвищу Мозг. В основе лежит слово «мозг» — не только орган, но и, в переносном смысле, ум, сообразительность. Прозвище Мозг могли дать человеку сметливому, рассудительному, «мозговитому», то есть тому, кто хорошо думает.

Менее вероятная, но возможная версия — профессиональная. В некоторых говорах «мозг» или «мозгляк» называли слабого, хилого человека (от «мозглый» — тощий, вялый). Тогда прозвище могло быть дано по внешности, а не по уму. Однако в фамилиях чаще закрепляется положительная характеристика, поэтому версия с умом и сообразительностью выглядит убедительнее.

Суффикс -ий (как в фамилиях Старовойт, Добрый, Толстой) — типичная модель для украинских и южнорусских фамилий, образованных от прилагательных. В русском языке окончание со временем могло перейти в -ой (Мозговой), а в украинском осталось -ий. Форма Мозговий с ударением на последнем слоге — украинская или южнорусская, распространённая на территории современной Украины и в соседних областях России (Курская, Белгородская, Воронежская).

Однокоренные фамилии — Мозгов, Мозгалев, Мозжухин — образованы от тех же основ, но с разными суффиксами. Мозговий стоит в ряду фамилий, которые напрямую передают прозвище без дополнительных патронимических суффиксов (как -ов/-ев), что делает его форму более архаичной и прозрачной по смыслу.

Написание через «і» (Мозговий) — вариант, который встречается в документах на украинском языке или у носителей, сохраняющих исходную орфографию. В русских записях XIX–XX веков фамилию часто писали как Мозговой, и это не ошибка, а адаптация к правилам русского письма.