Фамилия Пыхачев образована от прозвища Пыхач. В основе лежит глагол «пыхать» — дышать тяжело, пыхтеть, задыхаться, а также гореть, полыхать. Соответственно, Пыхачем в старину могли назвать человека с одышкой, тяжело дышащего, либо того, кто работал у печи, у огня — кузнеца, стеклодува, обжигальщика. Вторая версия связывает прозвище с характером: пыхалкой называли вспыльчивого, запальчивого человека, который «горит» от гнева.

Слово «пыхач» фиксируется в говорах в значении «сильный ветер» или «огнедышащее чудовище», но для прозвища эти значения маловероятны — скорее, это бытовое, живое прозвище по заметной черте. Исходная форма — Пыхач — с суффиксом -ач, который в русских фамилиях встречается реже, чем -ак или -ун, но тоже указывает на деятеля или носителя признака (ср. Ткач, Драч, Кричач). Фамилия Пыхачев — это типичное «отчество второго порядка»: сын Пыхача, то есть «чей?» — Пыхачев.

В отличие от более частых фамилий на -ов и -ин, где суффикс присоединяется к имени или прозвищу на согласный, здесь основа на шипящий (-ч) даёт редкий переход: Пыхач + ев. По той же модели образованы, например, Ткачев, Драчев, Полачев. Географически фамилия тяготеет к южнорусским и центральным областям — Рязанщине, Тамбовщине, Воронежью, где были активны говоры с подобной словообразовательной манерой.

В дореволюционных переписях Пыхачевы чаще всего записаны в крестьянском сословии. Дворянских родов с этой фамилией нет. Прозвище Пыхач не связано с тюркскими корнями, несмотря на созвучие, — это исконно русское слово, бытовавшее в народной речи. Так что предки современного носителя фамилии скорее всего были людьми работящими, с заметной чертой — то ли тяжёлым дыханием, то ли горячим нравом.