Фамилия Павлиев — редкий случай, когда на слух она звучит как отчество, а по сути оказывается притяжательным прилагательным, образованным напрямую от имени. В основе лежит крестильное имя Павел (от латинского paulus — «малый»), но суффикс здесь не отчествообразующий -ов/-ев, а -иj- (на письме -ий). То есть Павлиев буквально означает «принадлежащий Павлу», «Павлов». Однако исторически сложилось, что в русской ономастике фамилии на -ий (типа Павлиев, Сергеев, Андреев) закрепились именно в форме с -ев, а не с -ов, что указывает на мягкую основу исходного имени.

Главная особенность — написание через «и». Если бы фамилия образовалась от полной формы Павел, мы бы получили Павлов. Вариант Павлиев отсылает к народной или уменьшительной форме Павлий (Павлей). В старых документах встречаются записи «Павлий сын» — отсюда и пошла фамилия. По модели образования она родственна фамилиям Андреев, Григорьев, Николаев, но с той разницей, что эти фамилии массово распространены, а Павлиев встречается заметно реже и имеет более узкую географию.

С точки зрения социального контекста, фамилия Павлиев не указывает на дворянское происхождение. Такие фамилии на -ев чаще всего получали крестьяне и посадские люди после отмены крепостного права, когда нужно было массово закрепить фамилии за бывшими крепостными. В переписных книгах XVII–XVIII веков фамилия почти не встречается, что косвенно подтверждает её позднее оформление.

Есть версия, что в некоторых говорах Павлием называли не только человека по имени Павел, но и того, кто был слугой или работником у Павла. Но эта гипотеза не подкреплена источниками — словарь русских фамилий (Б. Унбегаун, «Русские фамилии») разбирает только модель от имени, без дополнительных прозвищных значений.

Сегодня фамилия Павлиев встречается в основном в центральных областях России и на юге, но нигде не образует компактных гнёзд. Это редкая фамилия, и её носители, скорее всего, происходят из одного или нескольких разрозненных родов, не связанных общим предком в масштабе страны.