Фамилия Тохмейлова — женская форма, а её мужской вариант Тохмейлов. Редкая и неочевидная с первого взгляда фамилия, корень которой уходит в тюркские языки. В основе лежит слово «тохма» или «токма». В тюркских наречиях «токмак» — это деревянный молоток, колотушка, пест или просто «толстый, плотный». Прозвище Тохма или Тохмей могли дать либо человеку коренастого, плотного телосложения, либо тому, кто работал с таким инструментом — например, бондарю, плотнику или валяльщику войлока. Суффикс -ей в основе (Тохмей) — характерная деталь для русских фамилий, образованных от тюркских прозвищ: он мог возникнуть как адаптация звучания или как уменьшительно-ласкательная форма.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе Тохмей добавили патронимический суффикс -ов/-ев, что значит «сын Тохмея». То есть предок носителя фамилии был известен в округе под прозвищем Тохмей. Географически фамилия тяготеет к Поволжью и Приуралью — регионам, где веками жили бок о бок русские и тюркские народы (татары, башкиры, чуваши). Встречается она и в северных областях России, но там, скорее всего, результат миграций.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Тохмаков, Тохменёв, Токмаков — показывает, что основа одна, а суффиксы разные. Тохмейлова стоит особняком именно из-за редкого форманта -ей. В словарях Б. Унбегауна и В. Никонова подобные модели разбираются как примеры «тюркизмов в русских фамилиях», где исходное прозвище прошло через русскую огласовку. Никаких дворянских корней или известных исторических личностей с этой фамилией не зафиксировано — это фамилия крестьянская или мещанская, обычная для сельских жителей бывших окраин Российского государства.