Фамилия Токтанаев образована от тюркского имени Токтан. В основе лежит древнетюркское слово «токта» — «остановись», «стой». В составе сложных имён этот корень часто выполнял роль оберега: родители давали ребёнку имя со значением «остановись, не умирай», надеясь, что он выживет, если предыдущие дети умирали в младенчестве. Имя Токтан буквально означало «пусть остановится (смерть)» или «будет стойким, выносливым».

Суффикс -аев указывает на происхождение от имени, оканчивающегося на согласный, по типичной для тюркских фамилий модели: Токтан → Токтанаев. В русской адаптации фамилия получила окончание -ев, характерное для фамилий, образованных от основ на мягкий согласный или на -й. Сравните с однокоренными фамилиями Токтаров, Токтамышев — все они восходят к именам-оберегам с тем же корнем.

Географически фамилия Токтанаев встречается у народов, традиционно исповедующих ислам и говорящих на тюркских языках: у татар, башкир, казахов, ногайцев. В русских документах фамилия закрепилась относительно поздно — в XIX — начале XX века, когда массово фиксировались фамилии крещёных татар и башкир, а также мусульман, вступавших в контакты с русской администрацией. Встречаются варианты написания Токтанаев и Токтанеев — вторая форма могла возникнуть из-за нечёткого произношения безударного гласного в суффиксе.

В ономастической литературе фамилия не получила подробного разбора, что типично для сравнительно редких фамилий тюркского происхождения. Однако её прозрачная этимология и чёткая словообразовательная модель позволяют с уверенностью говорить о значении: предок носителя фамилии носил имя Токтан, которое служило пожеланием стойкости и жизненной силы.