Фамилия Нитшаев — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. Сразу бросается в глаза нехарактерное для русских фамилий сочетание «тш», которое наводит на мысль о заимствованной основе. Скорее всего, перед нами фамилия, образованная от немецкой или еврейской фамилии Нитше (Nitsche) или Нитш (Nitsch). В таком случае русский суффикс -ев присоединили к иноязычному корню, чтобы адаптировать фамилию к славянской модели: Нитш + ев = Нитшаев. Буква «а» в середине (Нитш-а-ев) — это типичный для русского языка «протезный» гласный, который делает труднопроизносимое стечение согласных более удобным для произношения.

Сама немецкая фамилия Nitsche восходит к краткой форме имени Николаус (Nikolaus) — Нитше, Нитц. В славянских землях, особенно в Силезии и Померании, такие формы были распространены среди немецких колонистов и ремесленников. Поэтому предок Нитшаев мог быть выходцем из немецкоязычной среды, переселившимся в Российскую империю в XVIII–XIX веках — в эпоху приглашения колонистов Екатериной II и Александром I. Впрочем, возможен и другой путь: фамилия могла возникнуть в среде обрусевших немцев или евреев, где к исходной фамилии просто добавили русское окончание.

Менее вероятна, но теоретически возможна версия, что основа «Нитш» — это искажённое тюркское или кавказское имя. Но для такого предположения нет надёжных параллелей, и она уступает немецкой гипотезе по частоте встречаемости подобных моделей.

Географически Нитшаев — фамилия очень редкая. Основные носители, судя по открытым данным, живут на юге России и в центральных областях, что совпадает с районами расселения немецких колонистов (Поволжье, Новороссия). Социально предки Нитшаева почти наверняка не относились к дворянству — фамилия не фиксируется в родословных книгах. Скорее всего, это были ремесленники, мещане или крестьяне, которые получили фамилию при переходе от прозвища к наследственному именованию в XIX веке.