Фамилия Патсаев — редкая и территориально привязанная. Её основа — не славянское имя или прозвище, а тюркское или кавказское слово. Наиболее вероятное объяснение лежит в области профессиональных прозвищ: в ряде тюркских языков «патса» или близкие ему формы означали «пастух», «табунщик». Человек, который пас скот, мог получить прозвище Патса, а его потомки — фамилию Патсаевы. Суффикс -ев указывает на русскую модель оформления фамилии: так называемые «выезжие» фамилии часто образовывали от прозвищ, заканчивающихся на согласный, добавляя -ов или -ев.

Менее вероятная, но допустимая версия — от имени Патса, которое могло быть уменьшительной формой от арабского имени Паттах или его местных вариантов. В этом случае фамилия перешла бы в разряд патронимических, то есть указывающих на отца. Однако для фамилии Патсаев первая, прозвищная версия правдоподобнее, так как профессиональные прозвища в среде скотоводов были широко распространены.

Географически фамилия тяготеет к регионам с сильным тюркским и кавказским влиянием: Северный Кавказ, Поволжье, юг Урала. Встречаемость её крайне низкая, что говорит о локальном происхождении — возможно, от одного основателя рода в конкретном ауле или селе. Носители фамилии, скорее всего, были людьми, связанными с животноводством, либо их предки носили это прозвище по роду занятий.

В написании фамилии обращает на себя внимание сочетание «тс»: оно произносится как долгое «ц», что характерно для заимствований из языков, где нет мягкого «т» перед мягким знаком. В русской записи это закрепилось как Патсаев, а не Пацаев, что сохраняет исходную структуру корня.