Фамилия Тихмаева — женская форма фамилии Тихмаев, а та, в свою очередь, образована от мужского личного имени или прозвища Тихмай. В основе лежит тюркское имя Тихма, которое можно разобрать как «тих» — «ровный, спокойный, смирный» и «ма» — уменьшительный аффикс. То есть Тихма — это «спокойный, тихоня», а Тихмай — человек с таким прозвищем. Версия эта наиболее правдоподобна, так как фамилия имеет явные следы тюркского влияния, характерные для Поволжья и Приуралья.

Словообразовательная модель простая: к основе Тихма- прибавился русский патронимический суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — Тихмаев сын). Такие фамилии на -ев обычно получали от прозвищ или крестильных имён, оканчивающихся на -а, -я. В данном случае исходное имя Тихма (или Тихмай) дало форму Тихмаев.

Географически фамилия Тихмаева тяготеет к регионам, где исторически смешивались русское и тюркское население: Татарстан, Башкортостан, Оренбургская область. В документах XVIII–XIX веков носители фамилии могли быть как крестьянами, так и служилыми людьми из числа «новокрещенов» — принявших православие татар или башкир. Судя по корню, предок Тихмаевых не был знатного рода, а получил прозвище за свой тихий, неконфликтный нрав.

В написании фамилии возможна вариация: Тихмаева и Тихмаёва (с ударением на последний слог). Встречается и мужской вариант Тихмаев, но женская форма Тихмаева встречается не реже — это типично для русских фамилий, где окончание -а указывает на принадлежность к женскому полу. Спорных версий происхождения немного: иногда пытаются связать с финно-угорскими языками, где «тих» — «сила», но это менее убедительно, так как ареал фамилии совпадает с тюркским влиянием.