Фамилия Нусыпаева — редкий случай, когда написание почти полностью совпадает с произношением, но за этой простотой скрывается неочевидная этимология. В основе фамилии лежит прозвище или вариант личного имени, а не профессия или географическое название, что делает её особенно интересной для историка.

Словообразовательная модель типична для русского и тюркского ареалов: суффикс -ев (вариант -ов после мягкого согласного) указывает на принадлежность: «чей?» — Нусыпаев, то есть сын или потомок человека по прозвищу Нусыпай. Сама основа «Нусыпай» — это, скорее всего, тюркское (казахское или татарское) имя-пожелание. В тюркских языках корень «нусып» восходит к арабскому «насиб» — «доля, судьба, удел». Имя Нусыпай (или Нусып) буквально означало «счастливая доля», «тот, кому суждено». Суффикс -ай в тюркских именах — ласкательно-уменьшительный, как в именах Кудайберген, Толеген.

Вторая версия, менее вероятная, но встречающаяся в бытовых объяснениях: связь с глаголом «нусыпать» (как вариант просторечного «насыпать»). В этом случае прозвище Нусыпай мог получить работник, занятый на ссыпке зерна или на мельнице. Однако против этой версии говорит то, что глагольные прозвища в форме повелительного наклонения (типа «Нусыпай!») для русских фамилий нехарактерны, а для тюркских имён — обычны.

Географически фамилия Нусыпаева тяготеет к регионам с сильным тюркским субстратом: Оренбургская область, Башкортостан, Татарстан, а также Северный Казахстан. В дореволюционных метрических книгах она почти не встречается, что указывает на позднее закрепление — скорее всего, в XIX–XX веках, когда у кочевого и полукочевого населения начали массово фиксировать фамилии по отцу. Таким образом, предки современных Нусыпаевых, вероятно, были людьми, которых назвали в честь пожелания удачной судьбы, и эта надежда осталась в фамилии на поколения.