Фамилия Пекай — редкий случай, когда написание почти полностью совпадает с произношением, но происхождение угадывается не сразу. В ней нет типичных русских фамильных суффиксов -ов, -ин или -ский, что сразу наводит на мысль: перед нами не классическая модель «сын такого-то». Скорее всего, фамилия застыла в форме исходного прозвища или имени.

Самая вероятная версия — прозвище от глагола «пекать». В диалектах русского языка, особенно южных и западных, «пекать» означало «печь» (хлеб, пироги) или «жарить». Пекаем могли называть пекаря, человека, который постоянно что-то пек, или, в переносном смысле, того, кто «подпекал» — досаждал, приставал. Форма на -ай характерна для украинской и белорусской традиции образования прозвищ от глаголов: «гуляй», «стригай», «пекай». То есть фамилия могла возникнуть на территории современной Украины, Беларуси или в южнорусских областях, где были сильны эти языковые влияния.

Менее вероятная, но возможная версия — связь с тюркским корнем. В тюркских языках «пек» означает «крепкий», «прочный», «сильный», а форма «пекай» могла быть обращением или прозвищем. Однако для такого объяснения нет надёжных параллелей в русской ономастике, и версия с ремеслом выглядит естественнее.

Фамилия недворянская и нестарая: в боярских списках и разрядных книгах она не встречается. Появление таких фамилий относится к XVII–XIX векам, когда прозвища закреплялись за крестьянами и мещанами. Географически фамилия Пекай сегодня встречается в основном на западе России, в Беларуси и на Украине, что подтверждает диалектную природу основы.

Сравнение с однокоренными фамилиями Пекарь, Пекарский, Печников показывает разницу: Пекай — не профессиональное название, а именно прозвище, данное по действию. Если Пекарь прямо указывал на занятие, то Пекай могло быть уличным именем человека, который любил или умел печь, либо того, кто «пек» других. Такая форма сохраняет живость народной речи, где прозвище не нуждалось в суффиксе, чтобы стать фамилией.