Фамилия Тихомаева образована по самой распространённой в русской ономастике модели — от прозвища или имени через суффикс притяжательности -ев. Основа здесь — «Тихомай», а суффикс указывает на принадлежность: «чей?» — Тихомаев, то есть сын или потомок человека по прозвищу Тихомай. Женская форма Тихомаева — это вариант той же фамилии, закрепившийся за женщинами в документах или перешедший по наследству.

Само прозвище Тихомай — сложное слово, составленное из двух корней: «тихо» (тихий, спокойный) и «май» (месяц май). В народной культуре май считался временем перемен, тепла и начала полевых работ. Прозвище Тихомай могли дать человеку с мирным, несуетливым нравом, который даже в горячую пору сохранял уравновешенность. Вторая версия, менее распространённая, связывает «май» с диалектным глаголом «маять» — утомлять, мучить. Тогда Тихомаем называли того, кто «тихо мает», то есть незаметно, без шума доводит дело до конца или, напротив, медлит и тянет.

Словообразовательная модель «тихо- + глагольная основа» встречается в русских прозвищах, но нечасто. Близкие по структуре фамилии — Тихомиров (от Тихомир, где «мир» — община, покой) или Тихонов (от имени Тихон). Тихомаев стоит особняком: если Тихомир — это древнерусское имя с книжным оттенком, то Тихомай звучит как бытовое, деревенское прозвище, возможно, ироничное. В говорах северных и центральных губерний такие двухосновные прозвища давали по характеру или поведению.

Географически фамилия Тихомаева редкая. В дореволюционных метрических книгах и ревизских сказках она встречается в основном в Поволжье, особенно в бывшей Казанской губернии, и на Урале. Это указывает на возможное происхождение из среды государственных крестьян или однодворцев — сословий, где прозвища передавались по наследству без изменений. В дворянских родословных книгах фамилия не зафиксирована, что подтверждает её простонародный корень.

С точки зрения суффиксальной нормы, форма на -ев, а не на -ов, говорит о том, что основа прозвища оканчивалась на мягкий согласный или йот: Тихомай → Тихомаев. Это типично для русских фамилий, образованных от имён и прозвищ с конечным -й (как Андреев, Матвеев). Если бы основа звучала как «Тихома», фамилия была бы Тихомин, но этого не произошло — значит, исходное прозвище было именно Тихомай.

Таким образом, Тихомаева — фамилия-характеристика, которая, скорее всего, закрепилась за предком с тихим нравом или за тем, кто в народе получил шутливое прозвище по месяцу мая. Точных данных о знаменитых носителях нет, что типично для редких фамилий, не попавших в энциклопедии.