Фамилия Нурлыкаев — тюркская по происхождению, и её разбор стоит начать с основы. Корень «нурлы» восходит к арабскому слову «нур» (свет, сияние) с тюркским суффиксальным оформлением: «нурлы» означает «светлый», «лучезарный». Вторая часть — «кай» — может быть вариантом тюркского имени Кай (река, скала, могучий) или глагольной основой, но в данном случае, скорее всего, это компонент составного имени. Имя Нурлыкай (или Нурлыгай) в тюркской антропонимии — «светлый, как река» или «сияющий и могучий». Суффикс «-ев» — русский патронимический, который в XVI–XIX веках добавляли к тюркским основам при оформлении фамилий, особенно в среде татар, башкир и других народов Поволжья и Приуралья.

Фамилия Нурлыкаев — относительно редкая. Она не встречается в массовых списках русских дворянских родов и не фиксируется в ранних писцовых книгах, что говорит о её позднем оформлении — скорее всего, в середине XVIII — начале XIX века, когда у башкир и татар начали массово появляться фамилии по русскому образцу. Географически фамилия тяготеет к Башкортостану, Татарстану и Оренбургской области. Встречается также у казахов, но там суффикс чаще «-улы» или «-кызы», а не русское окончание.

Словообразовательная модель типична для региона: тюркское личное имя или прозвище (Нурлыкай) плюс русский суффикс принадлежности «-ев». Это значит, что предок носителя фамилии, вероятно, был известен под именем Нурлыкай — либо как человек со светлым лицом, добрым нравом, либо как обладатель внешности, ассоциировавшейся со светом. В отличие от фамилий на «-ов», которые часто образовывались от отчества, здесь суффикс «-ев» присоединили к основе на мягкий согласный (кай), что грамматически верно.

Спорных версий почти нет: корень прозрачен, а суффикс стандартен. Единственное, что можно обсуждать — не было ли исходное имя Нурлыкай прозвищем, а не календарным именем. В тюркской среде имена с «нур» часто давали как пожелательные («светлый путь», «свет души»), так что прозвищный оттенок возможен, но не обязателен.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями — Нурлыгаев, Нурлыбаев, Нурлыкин — видно, что все они образованы от разных компонентов второго имени (кай, бай, кин), что указывает на многообразие личных имён в одном роде. Нурлыкаев — один из вариантов, где вторая часть имени указывает на силу или реку, а не на богатство (бай) или родство (кин).