Фамилия Пегаев звучит на редкость прозрачно, но именно эта прозрачность и таит главную ловушку. Самое простое и лежащее на поверхности объяснение — от слова «пегий», то есть пёстрый, крапчатый, с белыми пятнами на основном фоне. В русских говорах так описывали масть лошадей, коров, реже — окрас птиц. Прозвище Пегай могли дать человеку со светлыми пятнами на лице, сединой на тёмных волосах или просто за пёструю, небрежную одежду. Казалось бы, всё ясно, но в ономастике есть нюанс: фамилии от прилагательных на -ой обычно принимают суффикс -ов без изменения основы. Пегой — Пегов, а Пегаев предполагает иную, более редкую модель.

Здесь вступает в силу второй, более правдоподобный вариант. Основа «пега» могла быть не прилагательным, а существительным. В диалектах русского Севера и Сибири «пегой» или «пега» называли не только лошадь пёстрой масти, но и вообще коня, а в некоторых говорах — даже человека с бельмом на глазу или с неровным, «пятнистым» цветом кожи (например, от vitiligo). Прозвище Пегай в значении «пятнистый» или «лошадник» дало форму Пегаев через типичный патронимический суффикс -ев, присоединяемый к основам на мягкий согласный или -й. Это объясняет написание: Пегай → Пегаев, тогда как Пегой → Пегов.

Географически фамилия тяготеет к Поволжью и южнорусским областям. Встречается она нечасто, и это косвенно подтверждает, что корень не был массовым прозвищем. Возможно, предок носителя фамилии был конюхом, торговал лошадьми или имел свою характерную примету внешности, которая и закрепилась в родовом имени. Сравните с однокоренными, но более редкими фамилиями Пеганов (от «пеган» — пёстрый) и Пегашов, где суффикс -аш указывает на прозвище с оттенком пренебрежения или ласки. Пегаев стоит особняком — форма короткая, без лишних суффиксов, что говорит о древности прозвища, зафиксированного ещё до закрепощения крестьян в XVII веке.