Фамилия Тлявкаева образована от мужского имени или прозвища Тлявкай. Это редкая и локальная фамилия, корни которой уходят в тюркоязычную среду Поволжья и Приуралья. Основа «тляв» восходит к тюркскому корню, означающему «просьба», «мольба», «желание». В татарском и башкирском языках слово «тляв» (теләү) — это «желать», «просить». Соответственно, Тлявкай — это «желанный», «прошеный». Такие имена в прошлом давали детям, которых долго ждали или вымаливали у высших сил, особенно если предыдущие дети умирали. Имя-оберег должно было защитить ребенка и привлечь к нему благосклонность судьбы.

Суффикс -кай характерен для тюркских уменьшительно-ласкательных форм. Он превращает основу в личное имя: Тляв + кай = Тлявкай (буквально «желанненький»). Фамилия образована по русской патронимической модели: к основе Тлявкай добавили суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного). Таким образом, Тлявкаева — это «дочь (или жена) Тлявкая». Мужской вариант фамилии — Тлявкаев.

Географически фамилия привязана к Оренбургской области, Башкортостану и Татарстану. В этих регионах распространены тюркские фамилии с похожей основой: Тлявов, Тляумбетов. Сословно предки носителя фамилии, скорее всего, относились к государственным или ясачным крестьянам, либо к тептярям — особой категории нерусского населения, платившей подати. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

В написании фамилии возможны варианты: Тлявкаева и Тлявкаев (в мужском роде). Встречается также искажённое написание Тлявкаева с одной «в», но оно ошибочно. Фамилия редкая, в общероссийских телефонных справочниках насчитывается не более нескольких десятков носителей.