Фамилия Размочаев происходит от прозвища или нецерковного имени Размочай. В её основе лежит глагол «размочалить» — расщепить, разодрать на волокна, сделать мочалку. Такое прозвище в старину могли дать человеку по-разному: либо за занятие ремеслом, связанным с расщеплением древесины или пеньки на волокна, либо за манеру говорить — нудно, тягуче, «размазывая» одну мысль. Вторая версия правдоподобнее для прозвищного происхождения: на Руси часто награждали меткими бытовыми характеристиками, и «размочай» могло закрепиться за медлительным или въедливым человеком.

Словообразовательная модель проста и типична для восточнославянских фамилий: к основе на -ай добавили суффикс притяжательного прилагательного -ев, что означает «сын Размочая». Такой тип именований — от прозвищ с суффиксом -ай (ср. Ломай, Стреляй, Решай) — широко представлен в ономастике восточных, западных и южных славян, хотя у русских он встречается реже, чем у поляков или украинцев.

Фамилия Размочаев — самобытный памятник славянской культуры, но точное время и место её возникновения назвать сложно. Процесс формирования каждой отдельной фамилии был длительным и не всегда имел привязку к одной местности. Прозвище Размочай могло возникнуть в разных регионах независимо, а закрепиться как фамилия в той или иной ветви рода в разное время — от XV до XVII века, когда у русских крестьян и посадских людей массово появлялись фамилии. Окончательно говорить о происхождении конкретной ветви Размочаевых можно лишь на основании серьёзных генеалогических исследований с привлечением архивных документов.

Любопытно, что ударение в фамилии обычно падает на третий слог — Размочáев, что сохраняет ритмику исходного прозвища. В писцовых книгах и ревизских сказках подобные фамилии могли записывать по-разному: Размочаев, Размочаевъ, а иногда и через «ы» — Размочаевых, что отражает северорусскую традицию оформления семейных прозвищ. Сегодня носители фамилии встречаются преимущественно в Поволжье и на Урале, что косвенно указывает на возможную миграцию предков в ходе колонизации этих земель в XVII–XVIII веках.

Именования, образованные по той же модели, что и фамилия Размочаев, встречаются у всех групп славян, но именно русский вариант с суффиксом -ев и основой на -ай делает её узнаваемой и отличимой от однокоренных, но иначе оформленных фамилий вроде Размочалов или Размочкин. Так что носитель фамилии Размочаев может по праву гордиться ею как ценным источником семейной истории: передаваясь из поколения в поколение, она по сей день хранит память о прозвище далёкого предка.