Фамилия Пухлеева хранит память о прозвище дальнего предка — Пухлей. В основе лежит прилагательное «пухлый», которое в старину означало не только «толстый, полный», но и «мягкий, пышный». Чаще всего такое прозвище закреплялось за человеком из-за особенностей внешности: полноты или тучности. Однако не стоит думать, что имя Пухлей носило только насмешливый оттенок. В крестьянской среде дородность нередко воспринимали как признак здоровья, физической крепости и силы, поэтому прозвище могло звучать уважительно.

Существует и другая, менее очевидная версия: пухлым в переносном смысле могли называть богатого, состоятельного человека, у которого «все есть», жизнь которого «пухлая», то есть достаточная и сытая. Эта гипотеза менее правдоподобна, но полностью исключать её нельзя — в народной речи такие метафоры встречались.

Прозвище Пухлей со временем вытеснило личное имя в бытовом общении и закрепилось за человеком как основное именование. Уже от него по обычной для русских фамилий модели образовалась фамилия Пухлеев: суффикс -ев присоединялся к основам на мягкий согласный или -й. Так потомки человека по прозвищу Пухлей стали Пухлеевыми. Женская форма Пухлеева — естественное отражение той же фамилии в применении к женщине, и в документах она фиксируется так же часто, как и мужская.

Фамилия эта довольно редкая, и это делает её особенно ценной для семейной истории: она не растворилась в массе однотипных образований от крестильных имён, а сохранила прямую связь с прозвищем конкретного человека.