Фамилия Томлеев — редкая, и её происхождение сразу ставит в тупик: привычных корней вроде Том- или Томл- в русских именах и прозвищах почти нет. Наиболее вероятная версия — связь с диалектным глаголом «томить» или «томлеть», то есть томиться, изнемогать, медленно гореть или преть. В северных и сибирских говорах «томлей» могли назвать вялого, медлительного человека или того, кто постоянно «томится» без дела — эта модель схожа с фамилиями Томилов, Томин. Суффикс -еев указывает на притяжательную форму от прозвища Томлей (чей? — Томлеев), что типично для русских фамилий XVI–XVII веков.

Менее убедительная, но возможная версия — от тюркского имени или прозвища. В башкирском и татарском языках есть слово «томлы» (сытный, обильный), но фамилия Томлеев нехарактерна для тюркских ономастиконов — там преобладают окончания -ов/-ев без двойного «е». Скорее всего, это чисто русская фамилия, образованная на территории бывшего Русского Севера или Урала, где диалектная лексика сохраняла архаичные формы.

Интересно, что фамилия почти не встречается в центральных областях России. По данным современных баз, её носители сосредоточены в Пермском крае и Кировской области — регионах, где «томить» и «томлеть» активно употреблялись в местных говорах. В метрических книгах XIX века Томлеевы могли быть крестьянами или мещанами, но сословная принадлежность не выводится из одной фамилии.

Если сравнивать с однокоренными, то Томлеев стоит особняком: Томиловы и Томские встречаются чаще, а форма на -еев указывает на прозвище, а не на крестильное имя (как, например, Томин от Фома). Таким образом, предок носителя фамилии, скорее всего, получил прозвище за характер или манеру поведения — «томливый» человек, которого не торопясь «томила» жизнь.