Фамилия Нартаев образована по стандартной для русского языка модели с суффиксом -ев, который указывает на принадлежность («чей?»). Основа здесь — прозвище или имя Нартай. Суффикс -тай характерен для тюркских языков (татарского, башкирского, казахского) и часто встречается в личных именах. Уменьшительно-ласкательное значение этого суффикса (как в имени Алтай — «золотой», где -тай — показатель ласкательности) указывает на то, что Нартай — это либо вариант имени, либо прозвище, данное по какой-то отличительной черте.

Прямое значение корня «нар» в тюркских языках — «верблюд». В переносном смысле так могли назвать высокого, сильного или упрямого человека. В казахском и татарском слово «нар» также означает «одногорбый верблюд» (дромадер), а в некоторых диалектах — просто «крупное животное» или «силач». Таким образом, Нартай — это буквально «верблюжонок» или «маленький верблюд», но в прозвищной традиции — скорее «крепкий, как верблюд». Имя с таким корнем могло быть охранительным: давая ребенку имя «Верблюд», родители надеялись, что он унаследует выносливость и здоровье этого животного.

Фамилия Нартаев имеет ярко выраженную региональную привязку. Она почти не встречается в центральной России, зато распространена в Поволжье (особенно в Татарстане и Башкортостане), а также среди казахов. В русских архивных записях XVI–XVII веков фамилия не фиксируется — она вошла в обиход позже, в ходе христианизации и паспортизации нерусских народов. Это значит, что предки носителей фамилии, скорее всего, были тюркоязычными крестьянами или служилыми людьми, которые получили фамилию по отцу — Нартаю.

Можно сравнить с однокоренными фамилиями: Нартов, Нарбаев, Нарматов. В фамилии Нартов основа «нарт» — это уже осетинский корень (мифический богатырь), что указывает на совсем другую этническую традицию. Нартаев же — чисто тюркская модель, где суффикс -тай играет ключевую роль, отличая её от русских фамилий на -ов. Если бы фамилия была записана как Нартаев с ударением на последний слог, это могло бы указывать на казахское происхождение (в казахском ударение часто падает на последний слог), а если на первый — на татарское или башкирское.

В итоге: фамилия Нартаев происходит от тюркского прозвища Нартай («верблюжонок», «силач»), образована с помощью русского патронимического суффикса -ев, и указывает на предка по мужской линии из народов Поволжья или Казахстана.