Фамилия Талтаева — редкий случай, когда географический ключ важнее морфологического. На слух она кажется тюркской или кавказской, и это верное направление, но разбирать её нужно не через стандартные славянские суффиксы, а через корень и ареал бытования.

Скорее всего, фамилия образована от мужского имени Талтай. В тюркских языках (особенно в казахском, башкирском, татарском) «тал» означает «ива», «ветла», а «тай» — «жеребёнок», но в составе имён часто выступает как ласкательный аффикс. Имя Талтай могло значить «стройный, как ива» или «гибкий, как ветла» — метафоричное прозвище для худощавого, подвижного человека. Встречается и другая версия: в некоторых диалектах «талтай» — вариант слова «талды» (усталый, обессиленный), но она менее вероятна для личного имени.

Формант «-аев» (а не «-ов») указывает на фамилию, возникшую в среде, где русская модель патронима накладывалась на тюркскую основу. Обычно такие фамилии фиксировались у татар, башкир, чувашей, а также у народов Северного Кавказа, принявших православие и получивших фамилии по отцу. Женская форма Талтаева — прямое указание на то, что в роду был мужчина с прозвищем или именем Талтай.

В дореволюционных метрических книгах фамилия встречается преимущественно в Оренбургской и Уфимской губерниях, а также в Астраханской области — в зоне смешения тюркских и русских поселений. Встречаемость крайне низкая, что говорит о локальном происхождении: возможно, от одного родоначальника, переселенца или крещёного татарина.

Социальный контекст: носители фамилии в XIX веке чаще всего были государственными крестьянами или казаками (в Оренбургском казачьем войске), реже — мещанами. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано. В советское время фамилия не получила широкого распространения за пределами исходных регионов.

Если искать однокоренные параллели, то ближайшие — Талтаев (мужская форма), Талтаков, Талтанов. Все они редки и восходят к тому же корню «тал» с разными суффиксами. В русском языке фамилия не имеет прозрачной этимологии, и это нормально: она пришла из другого языка, где «Талтай» было полновесным личным именем, а не прозвищем.