Фамилия Толуев — редкий пример фамилии, образованной от прозвища с тюркским корнем, но с русским суффиксом -ев. В отличие от более распространенных фамилий на -ов, здесь суффикс стоит после мягкого согласного (звук [л']), что указывает на то, что основа прозвища оканчивалась на -ь или мягкий согласный. Вероятнее всего, в основе лежит слово «толуй» или «толу» (в зависимости от произношения).

Самая правдоподобная версия связывает фамилию с тюркским словом «толу» — полный, целый, достаточный. В языках тюркской группы (татарском, башкирском, казахском) это слово имеет значение «полнота», «изобилие», «достаток». Прозвище Толуй могли дать человеку полному, упитанному, либо, в переносном смысле, зажиточному, обеспеченному. В русских говорах слово «толуй» не фиксируется, что подтверждает его иноязычное происхождение.

Менее вероятна, но возможна связь с глаголом «толу́ть» в значении «толстеть, полнеть» (диалектное, от общеславянского корня *tъl-). Однако такая основа дала бы фамилию Толуев с тем же суффиксом, но с другим смыслом: предок мог получить прозвище по внешности. В этом случае фамилия была бы чисто русской, но редкой.

Географически фамилия Толуев встречается преимущественно в Поволжье и на Урале — регионах, где исторически тесно переплетались русские и тюркские народы. Это косвенно подтверждает её вероятное происхождение от татарского или башкирского прозвища, которое при крещении или в ходе русификации оформилось с типичным русским суффиксом. Встречается она крайне редко, что делает её уникальной — носители такой фамилии, скорее всего, имеют общего предка, получившего прозвище несколько веков назад в одном из смешанных поселений.

Таким образом, Толуев — это фамилия-прозвище, указывающая либо на полноту, достаток предка (от тюркского «толу»), либо, с меньшей вероятностью, на его упитанность (от диалектного «толуть»). Суффикс -ев указывает на принадлежность («сын Толуя»), а редкость фамилии говорит о её локальном, возможно, даже родовом происхождении.