Фамилия Олмоева — редкий случай, когда и основа, и суффикс указывают на нерусское, скорее всего, тюркское происхождение. В отличие от подавляющего большинства русских фамилий на -ов/-ев, образованных от полных форм крестильных имён (Иванов, Петров), здесь мы видим основу, которую не объяснить из славянского словаря.

Корень «Олмо-» с большой вероятностью восходит к тюркскому личному имени. В ономастике тюркских народов Поволжья и Средней Азии встречаются имена с основой «Алма» (яблоко) или «Олмас» (нерушимый, несгибаемый). В русской записи звук «а» в начале слова мог перейти в «о» под влиянием аканья или местных говоров, а конечный согласный исчезнуть, дав форму «Олмо». Таким образом, фамилия Олмоева могла означать «принадлежащий Олмо», где Олмо — это адаптированная форма тюркского имени со значением «яблоко» (символ красоты и здоровья) или «несгибаемый».

Суффикс -ев, а не -ов, указывает на то, что основа оканчивалась на мягкий согласный или гласный (Олмо → Олмоев). Это типично для фамилий, возникших в среде, где русские суффиксы прикреплялись к иноязычным именам. Женская форма Олмоева, скорее всего, закрепилась в документах как фамилия по отцу или мужу, а мужская форма — Олмоев.

Географически фамилия должна быть привязана к регионам, где веками шло тесное взаимодействие русского и тюркского населения: Татарстан, Башкортостан, Оренбуржье, Урал или Западная Сибирь. Родоначальник Олмоевых мог быть крещёным татарином или башкиром, чьё потомство получило фамилию по деду-носителю тюркского имени. В дворянских родословных книгах такая фамилия почти не встречается — это фамилия крестьянская или мещанская, возникшая в поздний период, когда фамилии массово закреплялись за бывшими государственными крестьянами и инородцами.

Встречаются также варианты написания с одной «м» (Олоев) или с другим гласным в корне (Алмоев), что связано с разной записью одного и того же имени в метрических книгах. Единственной верной, документально закреплённой формой остаётся Олмоева, и её редкость — прямое свидетельство узкого ареала и конкретной семейной истории, не размытой массовым переселением.