Фамилия Пузей — редкий случай, когда основа, скорее всего, не уменьшительно-ласкательное имя, а напрямую указывает на внешность. В отличие от фамилий вроде Пузиков (от «пузико»), Пузей образован от полного слова «пузо» с помощью суффикса -ей. В русском языке этот суффикс часто давал прозвища по характерному признаку: например, Гордей (от «гордый»), Лепей (от «лепый», то есть красивый). Соответственно, Пузей — это «пузатый», человек с большим животом. Прозвище могло быть ироничным или нейтрально-описательным, без резко негативного оттенка.

Модель образования фамилии указывает на её древность. Суффикс -ей в фамилиях встречается реже, чем -ов или -ин, и такие фамилии нередко застывали в форме прозвища, не проходя стадию притяжательного прилагательного. То есть Пузей — это не «чей-то сын Пузея», а сам «Пузей» как родовое имя. Это сближает фамилию с севернорусскими и сибирскими «голыми» фамилиями (например, Шубин, Рыжов), но с редким суффиксом.

Географическая привязка у фамилии слабая. В дореволюционных переписях Пузеи встречаются разрозненно, без явного гнезда. Можно предположить, что фамилия возникла в среде крестьян или посадских людей, где прозвища по внешности были обычным делом. В дворянской среде таких «говорящих» фамилий почти не бытовало.

Версия о связи с белорусским или украинским «пузо» (живот) тоже возможна, но необязательна: слово общеславянское. Фамилия могла возникнуть в любом регионе, где говорили по-русски. Другие гипотезы — например, от диалектного «пузить» (надуваться, важничать) — менее убедительны, так как глагольная основа с суффиксом -ей дала бы иное значение.

Среди однокоренных фамилий — Пузиков, Пузанов, Пузатых. Но Пузей стоит особняком: он короче, архаичнее и не имеет суффикса принадлежности, что делает его похожим на прямое прозвище, закрепившееся в неизменном виде. Носители этой фамилии сегодня редки, и её происхождение уверенно читается без обращения к словарям.