Фамилия Толчакова образована от мужского имени или прозвища Толчак. В её основе лежит глагол «толочь» — дробить, разбивать, утрамбовывать. Суффикс -ак в русских прозвищах часто указывал на активного деятеля: Толчак — это человек, который толчёт, либо тот, кто занимается толчением чего-либо. Например, на мельнице толчея — это устройство для дробления зерна или руды, и работника при нём называли толчаком. Вторая, бытовая версия: прозвище могли дать говорливому или надоедливому человеку — «толочь воду в ступе» означало вести пустые разговоры, и Толчаком могли прозвать болтуна или спорщика.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе Толчак добавили суффикс -ов, а затем женское окончание -а. Изначально Толчакова — это «жена Толчакова» или «дочь Толчакова». Мужской вариант — Толчаков. Суффикс -ов указывает на принадлежность, и такие фамилии в XVI–XVII веках получали крестьяне и посадские люди, реже — служилые. В дворянской среде эта фамилия не встречается.

Географически фамилия редкая. Основные очаги — центральные регионы России, где были развиты ремёсла, связанные с дроблением зерна и руды: Тульская, Калужская, Рязанская области. Встречается она и на Урале, в районах старых горных заводов, где толчеи использовали для измельчения породы. В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» однокоренные варианты (Толкачёв, Толчеев) упоминаются как прозвищные, но Толчаков выделяется редким суффиксом -ак, который придаёт фамилии оттенок профессионализма.

В написании фамилии возможна путаница с Толкачёвой: буква «ч» вместо «к» в корне — не ошибка, а следствие чередования в древнерусском языке (толочь — толчак). В дореволюционных метрических книгах встречаются варианты Толчаковъ и Толчакова — через «ять» или просто «о» под ударением. Носители фамилии — в основном потомки ремесленников или крестьян, чьи предки работали на толчеях или получили прозвище за характер.