Фамилия Тамбаева — женская форма, а её мужской вариант — Тамбаев. В русской традиции фамилии на -ев (а не на -ов) указывают на основу, оканчивающуюся на мягкий согласный или йот. В данном случае корень «Тамбай» легко прочитывается: суффикс -ай характерен для тюркских имён и прозвищ, а основа «там» восходит к тюркскому слову «там» — «капля», «пятно», «клеймо» или «знак». В переносном смысле так могли назвать человека с родимым пятном, меткой на теле, либо того, кто ставил тавро (клеймо) на скот — то есть пастуха или скотовода.

Есть и вторая, менее очевидная версия: в некоторых тюркских языках «там» означает «стена», «крепость» или «ограда». Тогда «Тамбай» — прозвище строителя или человека, жившего у крепостной стены. В пользу этой гипотезы говорит распространённость фамилии в регионах с сильным тюркским субстратом: у татар, башкир, казахов. Однако фамилия Тамбаева встречается и у осетин, и у народов Дагестана, что делает её межэтнической.

Словообразовательная модель проста: к личному имени или прозвищу Тамбай добавлен русский патронимический суффикс -ев (сын Тамбая). Само прозвище Тамбай — уменьшительно-ласкательная форма от имени Там (или Тамбет) с тюркским аффиксом -ай, который придаёт оттенок близости или принадлежности. Социально фамилия могла принадлежать как крестьянам-скотоводам, так и ремесленникам: никаких дворянских корней в доступных источниках не прослеживается, что типично для поздних (XIX век) фамилий, образованных от бытовых прозвищ.

Интересная деталь: в некоторых записях XIX века встречается вариант «Тамбаевъ» с твёрдым знаком на конце — это орфографическая норма до реформы 1918 года, не меняющая этимологии. Сравните с однокоренными фамилиями Тамбиев, Тамов, Тамбасов — все они восходят к той же тюркской основе, но с разными суффиксами, что подтверждает региональное варьирование прозвища.