Фамилия Тималева звучит на слух довольно необычно, и первое, что бросается в глаза, — её финаль «-ева». Это классический русский суффикс, указывающий на принадлежность: Тималева — «дочь (или жена) Тималя». Однако основа «Тималь» — нетипична для славянского именослова. В ней слышен тюркский или финно-угорский след, что и задаёт главную линию разбора.

Самая вероятная версия — происхождение от мужского прозвища или имени Тималь. В татарском и башкирском языках есть имя Тимер (железо), которое в диалектах могло сокращаться до «Тим». С аффиксом принадлежности «-аль» (как в именах Ишаль, Ямаль) получается «Тималь» — «железный, крепкий». В русских говорах такое имя пришлось бы на ухо, и его легко адаптировали в фамилию по стандартной модели на «-ев». Подтверждение этой версии — география фамилии: Тималевы встречаются в Поволжье и на Урале, в зоне активных контактов русских с тюркскими народами.

Вторая, менее распространённая гипотеза, связывает фамилию с каноническим именем Тимофей. В народной речи Тимофей превращался в Тимоху, Тимошу, а в некоторых говорах — в Тималя (через форму Тима, с добавлением уменьшительно-ласкательного суффикса «-аль»). Такое словообразование встречается, но редко: обычно от Тимофея образуют Тимашов или Тимохин, а «Тималь» — скорее исключение, чем правило. Поэтому версия с тюркским корнем выглядит убедительнее: она объясняет и необычность основы, и региональную привязку.

Суффикс «-ева» указывает на то, что первоначально фамилия была женской формой (в русской традиции дочери и жёны получали фамилию мужа или отца с таким окончанием). Сегодня Тималева — это фамилия, которую носят и мужчины, и женщины, но в документах XIX — начала XX века мужская форма писалась бы как Тималев. То есть предок нынешних Тималевых, скорее всего, был известен под прозвищем Тималь — либо как человек крепкий, «как железо», либо, по другой версии, как носитель редкого местного имени.

О сословной принадлежности носителей фамилии без специального генеалогического поиска сказать сложно. Встречается она нечасто, что говорит о локальном происхождении: род, вероятно, вышел из одного села или группы деревень. В словарях русских фамилий (например, у Б. Унбегауна) Тималева не упоминается — это дополнительный признак её позднего оформления и узкой региональной базы.