Фамилия Толчаев начинается с неочевидного корня. В отличие от фамилий на -ов/-ев, образованных от крестильных имён (Иванов, Петров), Толчаев не имеет прямого аналога среди канонических церковных имён. Основа здесь — «толч-», которая в русских говорах многозначна. Самая вероятная версия: прозвище Толчай или Толча от глагола «толкать», «толчить». В диалектах «толча» — человек суетливый, непоседливый, либо, наоборот, навязчивый, «толкущийся» под ногами. Второе значение — «толочь», «дробить»: так могли прозвать мельника или работника на крупорушке. Третья, более редкая возможность — связь с «толк»: «толча» как «толкователь», «переводчик», но это уже спорно.

Формант -ев указывает на патронимическое происхождение: «чей?» — Толчаев, то есть сын или потомок Толчая. Суффикс типичен для фамилий, образованных от прозвищ или мирских имён, оканчивающихся на мягкий согласный. Встречается и написание через «о» — Толчоев, но оно единично и, скорее всего, результат диалектного аканья или ошибки переписчика.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и поволжским регионам. В дореволюционных переписях Толчаевы фиксируются в Тамбовской, Рязанской, Саратовской губерниях — зонах, где активно бытовали прозвища от глаголов действия. Встречается она и у донских казаков, что косвенно подтверждает версию о прозвище, данном за живой, деятельный характер.

В ономастических справочниках фамилия не относится к числу частых и подробно не разбирается. Ближайшие структурные аналоги — Толкачёв (от «толкач»), Толчеев (от «толчея»), но Толчаев стоит особняком: в ней нет суффикса -ач- или -еj-, а есть чистая основа с окончанием -ай/-ей. Это архаичная модель прозвища, почти исчезнувшая в современном русском языке. Если предок носителя фамилии и был «толчей», то прозвище закрепилось за ним не из-за профессии, а из-за повадки или манеры поведения — и это даёт ключ к характеру рода: люди заметные, энергичные, не сидевшие на месте.