Фамилия Нетшаев — редкий случай, когда в основе лежит не имя и не профессия, а отрицание. На первый взгляд она звучит как «не тшай» или «не чай», но разбирать её нужно через древнерусское слово «тъщати» — спешить, торопиться. От него пошло прилагательное «тщательный» (старательный) и его противоположность — «нетщательный», то есть нерадивый, медлительный, ленивый. Именно это прозвище — Нетщай — и стало основой фамилии.

Модель образования стандартная: прозвище Нетщай (или Нетшай в упрощённом произношении) плюс патронимический суффикс -ев, который в русских фамилиях присоединяли к основам на гласный или мягкий согласный. Получается «сын Нетшая». В документах XVII–XVIII веков встречаются написания «Нетшаев» и «Нетчаев» — чередование «тш» и «тч» было обычным для северных и центральных говоров, где звук «ч» часто смягчали до «ш».

В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» подобные образования на «не-» отмечены как характерные для прозвищ, описывающих черты характера: Несмеянов, Некрасов, Неустроев. Нетшаев стоит в том же ряду, но с более узким значением — не просто «не такой», а конкретно «неторопливый, неспешный». В быту такое прозвище могли дать человеку флегматичному, который всё делал обстоятельно, но медленно, или же, наоборот, в насмешку — тому, кто вечно суетился без толку.

Географически фамилия редкая, но встречается в старых переписях Тверской, Ярославской и Вологодской губерний. Там, где диалектная форма «тшаться» (стараться, торопиться) была в ходу до XIX века. Сословная принадлежность — почти наверняка крестьянская или посадская: дворянские роды с такой фамилией в гербовниках не значатся. Носители Нетшаевых — потомки людей, которых в окрестных деревнях знали по характерной неспешности, и это прозвище закрепилось за их родом на несколько поколений.