Фамилия Тимеркаев — один из ярких примеров того, как тюркское имя становится русской фамилией. Её основа — составное мужское имя Тимеркай (вариант: Темиркай), распространённое у башкир, татар и других тюркских народов. Первая часть, «тимер» (или «темир»), означает «железо», в переносном смысле — «крепкий, несгибаемый». Вторая часть, «кай», восходит к тюркскому «кайгы» или «гай» — «забота, попечение»; в именах этот компонент часто служит пожеланием, чтобы ребёнок был под защитой. Получается: «железная забота» или «крепкий защитник». Имя Тимеркай давали мальчикам, желая им силы и надёжности.

Фамилия образована по русской модели с суффиксом -ев, который присоединяется к основам на мягкий согласный (в данном случае к «й»). Так «Тимеркай» превратилось в «Тимеркаев» — «сын Тимеркая», «потомок Тимеркая». Суффикс -ев здесь указывает на патронимический характер фамилии, типичный для XVI–XIX веков, когда у народов Поволжья и Приуралья начали массово фиксировать фамилии по отцу.

Географически фамилия Тимеркаев наиболее характерна для Башкортостана, Татарстана, а также Оренбургской и Челябинской областей. Встречается она и у казахов, но реже — в казахской традиции фамилии чаще образуются на -улы/-кызы, а русский суффикс -ев говорит о том, что предки носителя фамилии были включены в российскую сословную систему (обычно как тептяри, башкиры-вотчинники или государственные крестьяне).

Стоит отметить, что в некоторых старых документах фамилию могли записать как Темиркаев (через «е»), поскольку в тюркских языках «тимер» и «темир» — диалектные варианты одного слова. Оба написания встречаются и сегодня, но вариант с «и» более частотен в башкирской среде, а с «е» — в татарской. В целом же Тимеркаев — фамилия, которая прямо говорит о национальных корнях своего носителя и о том, что его предок носил звучное имя с пожеланием железной стойкости.