Фамилия Толоспаева — редкая и, на первый взгляд, загадочная. Её форма сразу выдаёт женский вариант: окончание -а указывает на то, что перед нами фамилия женщины, а мужская основа — Толоспаев. Чтобы понять её происхождение, нужно разобрать мужскую форму, поскольку именно от неё образован женский вариант.

В основе фамилии лежит, скорее всего, прозвище или некалендарное имя Толоспай. Приставка «толо-» в русских говорах могла означать «голый», «пустой» или «открытый» (ср. диалектное «толо» — пустошь, открытое место, выгон). Вторая часть, «-спай», менее очевидна. Вероятнее всего, это искажённое или диалектное произношение слова «спай» — от глагола «спаять» (соединить, скрепить) или от «спаивать» (поить допьяна). В таком случае Толоспай — это прозвище, данное человеку по какой-то характерной черте: либо «голый спайщик» (метафора для бедного ремесленника, который работает на пустом месте), либо, в более грубом варианте, «пустой пропойца» (человек, который пропивает всё дочиста). Вторая версия подтверждается тем, что в русских говорах фамилии с корнем «-спай» (Спаев, Спайков) нередко связывали именно с пьянством или сваркой металла.

Суффикс -ев указывает на принадлежность: Толоспаев буквально означает «сын Толоспая» или «человек из рода Толоспая». Такая модель образования типична для русских фамилий, возникших от прозвищ, оканчивающихся на мягкий согласный (в данном случае -й перешёл в -ев). Географически фамилия могла закрепиться в северных или центральных губерниях России, где диалектное слово «толо» было в ходу, а также в среде, где ремесло спайщика (лудильщика, паяльщика) было распространено.

Сословно носители фамилии, скорее всего, относились к крестьянам или посадским людям — ремесленникам, получившим прозвище по своему занятию или образу жизни. Дворянские корни у такой «говорящей» фамилии маловероятны. Встречаемость фамилии крайне низкая, что говорит о её локальном происхождении — вероятно, от одного конкретного человека, чьё прозвище закрепилось за его потомками в одном или нескольких соседних селениях.