Фамилия Тимоховцева — редкий случай, когда женская форма сохранила полную словообразовательную прозрачность, а мужская (Тимоховцев) почти не встречается в современных списках. Основа здесь — не имя Тимофей напрямую, а его производная форма Тимох, Тимоха. В русской традиции XVI–XVII веков так называли не только самого Тимофея, но и его сына или слугу: Тимоха → Тимохов → «чей-то сын Тимоха». Суффикс -цев добавляет к этой основе указание на принадлежность, но не в отчественном, а в прозвищном или родовом значении.

Модель «Тимохов-цев» типична для фамилий, образованных от прозвищ на -ох: ср. Пороховцев, Сухоховцев. Суффикс -цев (а не -ов) обычно указывает на то, что исходное прозвище было не просто именем, а именем с уменьшительно-ласкательным или просторечным оттенком: Тимоха — не официальное Тимофей, а обиходное, домашнее. В документах XVII века такие формы встречаются в среде посадских людей и крестьян северных и центральных уездов — там, где имя Тимофей было одним из самых распространённых.

По географии фамилия Тимоховцева — явно не столичная. В дореволюционных списках она почти не фиксируется, что говорит о её локальном бытовании. Вероятнее всего, она сложилась в среде однодворцев или государственных крестьян юга России (Курская, Воронежская, Тамбовская губернии), где суффикс -цев был продуктивен при образовании фамилий от прозвищ на -ох. В современных базах носители встречаются в Белгородской и Липецкой областях, что косвенно подтверждает эту версию.

Спорных версий у фамилии немного. Иногда её ошибочно связывают с тюркским корнем «тимур» (железо), но это натяжка: форма Тимоха — чисто русская, славянская, и никаких следов тюркского влияния в суффиксальной модели нет. Правдоподобнее всего, что предок Тимоховцевых был просто Тимохой — обычным крестьянином или ремесленником, чьё прозвище перешло к детям в форме «Тимохов сын», а затем закрепилось как фамилия с дополнительным -цев.