Фамилия Толчаинова — это редкий пример, где суффикс -ин- присоединён к основе, которая сама по себе не является типичным русским именем или прозвищем. Если бы фамилия была Толчанов, всё было бы прозрачнее: от прозвища Толчан, которое могло восходить к глаголу «толкать» или «толочь». Но здесь мы видим суффикс -аин-, что наводит на мысль о заимствованной основе.

Вероятнее всего, в основе лежит тюркское или кавказское личное имя Толча (или Толчи). В тюркских языках корень «тол» может означать «наполнять», «быть полным», а также встречается в именах со значением «богатый», «обильный». Суффикс -аин- в русской фамилии мог появиться при адаптации: имя Толча превратилось в Толчаин, а затем к нему добавили стандартный русский суффикс принадлежности -ов/-ев. Конечная форма Толчаинова — женская, от мужской Толчаинов.

По сути, это фамилия, указывающая на родоначальника по имени Толча. Географически такие фамилии чаще встречаются в Поволжье, Приуралье и на юге России, где были сильны тюркские и кавказские влияния. В метрических книгах XIX века носители фамилии Толчаиновы фиксировались, например, в Астраханской и Оренбургской губерниях — регионах с пестрым этническим составом.

Сословно предки Толчаиновых, скорее всего, были крестьянами или мещанами. Дворянских родов с такой фамилией не обнаружено. Фамилия нечастотная, и её главная ценность — в сохранении памяти о не самом распространённом личном имени, которое пришло в русскую среду из соседних культур.