Фамилия Тимхаев — одна из тех, где на слух угадывается восточное происхождение, и это верное направление. В её основе лежит личное имя Тимха, которое представляет собой диалектную или сокращённую форму от более полного арабского имени Тимурхан. Тимурхан — составное имя: «Тимур» (железо) и «хан» (правитель, владыка), то есть «железный правитель». В устной речи имя могло стянуться до Тимха, а суффикс -ев (а не -ов) указывает на то, что фамилия образована от основы, оканчивающейся на мягкий согласный или на «х» (Тимх → Тимхаев).

Географически фамилия тяготеет к регионам, где исторически сильны тюркские и мусульманские традиции: это Татарстан, Башкортостан, северный Кавказ (особенно Чечня и Ингушетия). У чеченцев и ингушей имя Тимха (или Тимка) встречается как самостоятельное, и фамилия Тимхаев может быть патронимической — «сын Тимхи». В татарской среде аналогичный вариант чаще оформлялся бы через суффикс -ов, но написание через «ев» не редкость, если фамилию записывали в русской канцелярии на слух.

Редкость фамилии в том, что она не получила широкого распространения за пределами указанных ареалов. Это говорит о том, что род Тимхаевых, скорее всего, не был многочисленным и не участвовал в массовых переселениях. Предки носителя фамилии могли быть сельскими жителями, крестьянами или воинами (учитывая значение имени), но точных сословных данных по фамилии нет — ономастических словарей, где бы она фиксировалась, практически не существует.

Любопытная деталь: в некоторых северокавказских говорах имя Тимха могло быть не столько арабским заимствованием, сколько местным прозвищем от слова «тим» (чечен. «равный», «одинаковый»). Если так, то фамилия означала бы «потомок того, кого звали Ровней» — прозвище, данное за схожесть с кем-то из старших родственников. Но это лишь гипотеза, менее вероятная, чем основная версия с Тимурханом.

В написании фамилии путаница редка: вариант Тимхаев устойчив, хотя изредка встречается Тимхаев с ударением на второй слог (Тимхáев) вместо более привычного на первый (Тúмхаев). Ударение в фамилии обычно сохраняет ударение исходного имени, но в быту может смещаться под влиянием местного говора.