Фамилия Пыхчеева образована от прозвища или нецерковного имени Пыхчей. В основе лежит глагол «пыхтеть», который в русских говорах имел несколько значений: тяжело дышать, сопеть, пыхтеть от работы или гнева, а также кипятиться, сердиться. Прозвище Пыхчей могли дать человеку с заметной манерой тяжело дышать, либо вспыльчивому, несдержанному в гневе. Реже — тому, кто работал с пыхтением, например, кузнецу, дующему меха, или человеку, раздувающему самовары.

Суффикс -ев указывает на принадлежность: Пыхчеев — сын Пыхчея. Это типичная модель русских фамилий на -ев, где основа оканчивается на мягкий согласный или шипящий. В данном случае основа «Пыхч-» с суффиксом -ей дала форму Пыхчей, а от неё — Пыхчеев. Написание с двумя «е» (Пыхчеева) соответствует современной норме, хотя в старых документах могла встречаться форма Пыхчѣевъ.

Фамилия редкая, сконцентрирована в основном в центральных и северных регионах России. Встречается в Вологодской, Кировской и Пермской областях, что указывает на возможное происхождение из северорусских говоров, где слово «пыхтеть» активно использовалось в быту. Социальный состав носителей, судя по архивным данным XIX века, был крестьянским или мещанским.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Пыхтин, Пыхов, Пыхтеев — показывает, что Пыхчеева стоит особняком из-за суффикса -ей, который реже встречается в прозвищах. Возможно, Пыхчей — это не просто прозвище, а усечённая форма от более длинного имени, вроде Пыхтечей или Пыхтелка, но документальных подтверждений этому нет.