Основой фамилии Петаев послужило мирское имя Петай. Фамилия Петаев образована от мирского имени Петай. По одной из версий, оно ведет свое начало от прилагательного «пятый». Соответственно, такое прозвище мог получить пятый по счету ребенок в семье. Известно, что мирское имя Петай было широко распространено у мордвы. Возможно также, что в основе фамилии лежит прозвище Петай, которое образовано от глагола «пятить» - «выставлять, выпячивать (грудь, живот)» или «пятиться» - «идти назад».