Фамилия Пелюгаева — редкий пример, где географический след перевешивает прозрачность корня. Если отбросить суффикс -ев (указывающий на принадлежность: «чей?» — Пелюгаев), остаётся основа Пелюгай. Такая модель образования типична для русских фамилий от прозвищ или имён на -ай: Лапшай, Болтай, Кисляй. Слово «пелюгай» в литературном русском языке не зафиксировано, но его можно вывести из диалектного «пелюга» — так в некоторых южных и западных говорах называли пелёнку, тряпку, а также неопрятно одетого человека. В этом случае прозвище Пелюгай мог получить неряшливый или, наоборот, тот, кто торговал тряпьём.

Однако есть и другая, более конкретная версия, связанная с украинским языком. В украинском «пелюшка» — это пелёнка, а «пелюгати» — пеленать. Фамилия Пелюгаева могла возникнуть в среде переселенцев из Малороссии на юг России (Курская, Воронежская, Ростовская области). Суффикс -ев, а не -ин, указывает на то, что основа оканчивалась на согласный или й, что и дало форму Пелюгаев. В пользу южного происхождения говорит и характерное для украинской ономастики окончание -ай в прозвищах (Грицай, Довгай, Пелюгай).

Сравнение с однокоренными фамилиями помогает уточнить картину. Фамилии Пелюгин, Пелюшкин, Пелюхов — все они восходят к тому же гнезду «пелюха/пелюга» (тряпка, лохмотья). Но Пелюгаева стоит особняком: суффикс -ев здесь не просто патронимический, а превращает прозвище в фамилию по отцу, где носитель — потомок человека по прозвищу Пелюгай. Такая форма встречается реже, чем Пелюгин, что делает фамилию локально узнаваемой.

Социальный контекст, скорее всего, крестьянский или мещанский. Прозвище от бытового предмета редко давали знати. Фамилия не попала в списки дворянских родов и не фиксируется в ранних боярских книгах. Появление её в документах стоит искать в метрических книгах южнорусских губерний XIX века, где в среде однодворцев и государственных крестьян такие «говорящие» прозвища закреплялись за целыми родами.