Фамилия Пелеева образована от мужского имени, а не от прозвища, и в этом её главная загадка. Исходная форма — редкое каноническое имя Пелей, которое пришло в русские святцы из греческого языка, где означало «жребий». Так звали одного из ранних христианских мучеников, поэтому имя и попало в церковный календарь. В быту оно почти не использовалось, но изредка встречалось в крестьянской и мещанской среде, особенно в тех семьях, где держались за старые святцы.

Суффикс -ев указывает на классическую модель отчества: Пелеева — буквально «дочь или жена человека по имени Пелей». Мужской вариант — Пелеев. Фамилия закрепилась в тех регионах, где имя давали по церковным книгам, не обращая внимания на его редкость. Это северные и поволжские губернии, куда такие имена попадали через монастырские переписи.

Существует и вторая, менее правдоподобная версия: от прозвища Пелей, связанного со словом «пелева» — так называли шелуху и измельчённые молотьбой части колоса, которые оставались после веяния зерна. По этой гипотезе прозвище мог получить работник, занятый на молотьбе. Но против неё говорит сам характер слова: «пелева» — нарицательное, и прозвище от него скорее дало бы фамилию Пелев или Пелевин, а форма Пелеев жёстко привязана к личному имени. К тому же имя Пелей зафиксировано в святцах, а прозвище с таким корнем нигде не встречается.

Интересно, что фамилия сохранила архаичное ударение на первом слоге — Пéлеева, хотя в разговорной речи часто смещается. Это тоже косвенно указывает на книжное, церковное происхождение: такие фамилии дольше держали исходное звучание.

Известных носителей фамилии мало, и в исторических документах она попадается редко. Это типичная «одиночная» фамилия, которая не дала ветвистого рода, а осталась точечным следом одной семьи, получившей имя в честь малоизвестного святого.