Фамилия Самотаев происходит от прозвища Самотай, и в её основе лежат две главные версии, которые стоит разобрать по отдельности.

Первая версия связывает прозвище с украинским глаголом «самотити». Он означает «жить одиноко, изолированно», «оставаться без присмотра», а также «стоять отдалённо». Скорее всего, прозвище Самотай закрепилось за человеком, который жил на отшибе, на окраине селения, в стороне от основной улицы. В крестьянской среде, где вся жизнь проходила на виду у соседей, такое обособленное положение бросалось в глаза и давало повод для меткого прозвища. Эта версия выглядит правдоподобнее, поскольку опирается на живую диалектную лексику и объясняет бытовую логику именования.

Вторая версия выводит основу из мужского имени Самат (или его формы Саматай). В арабском языке это имя связывают со значениями «вечный», «живущий вечно», а также «руководитель», «вождь». В таком случае Самотай — это народная, обиходная форма имени, от которой уже образовали фамилию. Однако здесь есть фонетическое препятствие: переход «а» в «о» в корне (Самат — Самотай) не типичен для русской ономастики и встречается реже, чем хотелось бы сторонникам этой гипотезы.

Сама модель образования фамилии проста: к основе Самотай добавили типичный русский суффикс -ев, указывающий на принадлежность роду. Первоначально форма Самотаев означала «сын Самотая» или «человек из семьи Самотая». Такая схема — самая распространённая для русских фамилий, и она не вызывает вопросов.

Со временем прозвище, которое изначально сопутствовало наследственному имени, полностью вытеснило его и из повседневного обихода, и из официальных документов. Поэтому сегодня мы имеем фамилию, которая напрямую говорит о характере или образе жизни далёкого предка — человека, предпочитавшего держаться особняком.