Фамилия Полуй — редкий случай, когда основа прозвища не утрачена, а продолжает жить в диалектах. Исходное слово «полуй» в русских говорах означало «полузимник» или «южный ветер». За Уралом и в Сибири так называли тёплый ветер, который дует с юга и несёт оттепель. Прозвище Полуй могли дать человеку по характеру — переменчивому, как погода, или по роду занятий: например, тому, кто предсказывал смену ветра, или рыбаку, знающему, когда выходить в море.

Фамилия образована по простейшей модели: прозвище без дополнительных суффиксов стало фамилией. Обычно такие фамилии (Полуй, Ветер, Мороз) закреплялись за одним человеком и не меняли форму. Суффикс -ов или -ин здесь не понадобился, потому что прозвище само по себе звучало как фамилия. Встречается вариант Полуев — уже с типичным русским окончанием, но он гораздо реже.

Географически фамилия тяготеет к северу и востоку: Архангельская, Вологодская области, а также Пермский край. В этих краях слово «полуй» было в ходу у поморов и охотников. Встречается она и у белорусов, но там корень иной — «полуй» могло быть вариантом имени Полуэкт (разговорное Полуйка). Однако для русской фамилии первично именно прозвище от ветра.

С точки зрения словообразования фамилия Полуй — это субстантивированное прилагательное или существительное в чистом виде. Ономасты (например, Б. Унбегаун) отмечают, что такие фамилии часто возникали из прозвищ, описывавших природные явления, и были особенно популярны в среде крестьян и промысловиков. Никакой «дворянской» истории у неё нет — это фамилия простого человека, чья жизнь была тесно связана с погодой и природой.

Спорных версий две: первая — от глагола «полоть» (сорняки), но фонетически это нелогично; вторая — от тюркского «болуй» (ребёнок), но для русского ареала это натяжка. Самая правдоподобная — ветровая, она подтверждается и диалектными словарями, и географией распространения.