Фамилия Патоев — редкая по структуре и неочевидная по происхождению. Если отбросить распространённый суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Патоя), остаётся основа Патой. Именно она вызывает вопросы: в русском языке нет очевидного имени или слова «Патой».

Первая и наиболее вероятная версия — фамилия образована от прозвища или имени Патой, которое является диалектной или фонетической вариацией тюркского имени Батый. В тюркских языках «батыр» (богатырь, герой) через оглушение начального звука и редукцию могло дать форму «патыр» или «патой». Связь с историческим ханом Батыем здесь не прямая, но ономастическая модель типична: прозвище «Патый» или «Паток» давали сильному, крепкому человеку. В пользу этой версии говорит и суффикс -ев, характерный для русских фамилий, образованных от тюркских основ (ср. Батаев, Батырев).

Вторая гипотеза — локальная, осетинская. В осетинском языке есть слово «пат» (почёт, уважение) и имя Пато, от которого с помощью русского суффикса -ев могла появиться фамилия Патоев. Осетинские фамилии на -ев (Гаглоев, Дзагоев) широко распространены, и Патоев встречается в Северной Осетии и Ингушетии. Здесь основа прозрачна: предок получил прозвище Уважаемый или Почётный.

Третья, менее вероятная версия — от греческого имени Патай (Παταῖος), которое встречалось у греков Причерноморья. Но в русской ономастике эта линия почти не прослеживается.

Географически фамилия Патоев рассеяна, но заметна на Северном Кавказе и в Поволжье. Сословного барьера у неё не было: её могли носить и крестьяне, получившие прозвище за стать, и выходцы из тюркской или осетинской среды, перешедшие в русское именование. Спор между тюркской и осетинской версиями решается только по семейным преданиям: если в роду помнят о кавказских корнях, скорее всего, перед вами осетинский вариант; если фамилия встречается в татарских или башкирских селениях — тюркский.