Фамилия Толубяк — редкий случай, когда основа слова указывает на птицу, но не напрямую. В её центре лежит «толуб» — диалектная, «якающая» форма слова «голубь». В южнорусских и украинских говорах, где фамилия и встречается чаще всего, начальное «г» переходило в «т» (сравните: «гусь» — «тусь»), а безударное «о» после мягкого согласного звучало как «у». Так «голубь» превратился в «толуб».

Суффикс -як — один из продуктивных в украинской и польской ономастике. Он указывает на носителя признака: если «толуб» — голубь, то Толубяк — «голубятник», человек, который держит голубей, или же тот, кого прозвали за сходство с этой птицей (например, за мягкий, неконфликтный характер или за светлую, сизую внешность). Встречается и другая, менее вероятная версия: от прозвища «Толуба» — возможно, от глагола «толубить» (в некоторых говорах — ласкать, нежить). Но связь с голубем остаётся основной.

Географически Толубяк — фамилия западной Украины и юга Беларуси, с заметным присутствием в Волынской и Ровенской областях. В России она редка и часто оказывается результатом миграции или русификации исходной формы. Интересно, что в польском языке существует фамилия Gołębiak с тем же значением и суффиксом — Толубяк — её восточнославянский фонетический аналог.

Словообразовательная модель проста: основа «толуб» + суффикс -як. Такая структура типична для прозвищ, которые позже закрепились как фамилии: сначала человека называли Толубяком («сын Толуба» или «тот, кто связан с голубями»), а затем это прозвание перешло к потомкам. Сословных ограничений фамилия не имела — её могли носить и крестьяне, и мещане, но в дворянскую среду она не попала.

Если искать однокоренные фамилии, то это Толуб, Толубьев, Толубеев, а также украинские Голуб, Голубенко, Голуб’як. Толубяк отличается от них именно суффиксом, который в украинской традиции часто заменяет русское -ов/-ев: не «чей?», а «кто?».