Фамилия Пекелева — женская форма, а мужская, Пекелев, образована с помощью типичного русского суффикса -ев, который указывает на принадлежность: «чей?» — «Пекелев», то есть сын или потомок человека по прозвищу Пекель. Основа здесь — слово «пекель», которое в южнорусских и украинских говорах имеет два основных значения. Первое — «ад, преисподняя» (от греческого «геенна» через церковнославянский). Второе, бытовое и куда более вероятное для прозвища, — «сильный жар, пекло», а также «жаркое место, где пекут» или даже «человек, который печет, пекарь».

Прозвище Пекель могли дать по профессии или по месту работы: пекарю, истопнику, человеку, работающему у горячей печи. В курских, орловских, воронежских говорах «пекель» означало и «зной, духота» — так могли прозвать вспыльчивого, горячего человека или того, кто постоянно трудится в жаре, например кузнеца. Менее вероятна, но возможна связь с диалектным «пекель» — «бес, черт», тогда прозвище носило иронический или охранительный характер (чтобы злые силы не тронули). Однако в русской ономастике прозвища, образованные от «адских» понятий, часто бывали шутливыми или относились к людям с тяжелым характером.

Географически фамилия Пекелев наиболее характерна для юга России и востока Украины. Встречается она нечасто, что говорит о локальном происхождении — скорее всего, от одного конкретного прозвища в определенной местности. Редкий суффикс -ев при основе на -ель (а не на согласный) тоже примечателен: фамилии типа Пекелев, Пекелева стоят в одном ряду с более известными Петелин, Кобелев, но сохранили архаичную основу без перехода «е» в «ё».

Таким образом, предок носителей фамилии Пекелев с высокой вероятностью был либо пекарем, либо человеком, чья работа была связана с жаром и огнем, — и получил прозвище по самому яркому признаку своего ремесла.