Фамилия Плюхаева — женская форма, а мужская — Плюхаев. В основе лежит прозвище Плюхай, которое на русском Севере и в Сибири давали медлительному, неповоротливому человеку. Глагол «плюхать» означал «идти тяжело, шлёпать по грязи, делать что-то неуклюже». В вятских и архангельских говорах «плюха» — это ещё и оплеуха, пощёчина, но прозвище Плюхай вряд ли связано с драчуном: скорее это человек, который «плюхается», то есть падает или садится тяжело, с шумом.

Суффикс -ев указывает на принадлежность: Плюхаев — сын Плюхая. Такая модель типична для фамилий, образованных от прозвищ на -ай (Толкай, Ловиай, Болтай). Поскольку суффикс не -ин, а -ев, основа оканчивалась на мягкий согласный или й: Плюхай → Плюхаев. Это косвенно подтверждает, что прозвище звучало именно как Плюхай, а не Плюха.

Фамилия редкая, встречается в основном в Поволжье и на Урале. В дореволюционных переписях Плюхаевы фиксировались среди государственных крестьян Казанской и Вятской губерний. В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» однокоренной вариант Плюхин отмечен как производное от «плюха» в значении «неуклюжий человек», но Плюхаев в его перечне не упоминается — что говорит о локальном, а не общерусском характере фамилии.

Вторая, менее вероятная версия связывает основу с диалектным «плюха» — «плоская рыба, камбала». Тогда прозвище могли дать рыбаку или человеку с приплюснутым носом. Но для этого случая ожидалась бы форма Плюхин, а не Плюхаев, поэтому версия с медлительным человеком надёжнее.

В советское время фамилия могла подвергнуться орфографической путанице: в документах иногда писали Плюхаева через «о» (Плюхоева) под влиянием акающих говоров, но исходное написание устойчиво сохранялось в метрических книгах.