Фамилию Томолев стоит разбирать с двух сторон: от редкой основы и от неочевидного ударения. Если произносить её с ударением на второй слог — Томо́лев, — она ложится в ряд фамилий от крестильных имён с суффиксом -ев: Томо́лев значит «сын Томо́ла». Имя Томо́л — это народная, обиходная форма крестильного имени Фома (от арамейского «близнец»). В русских говорах Фому могли называть Томой, Томкой, а уменьшительное Томол — вполне естественное производное с суффиксом -ол, как, скажем, Васюк от Василий. Такая модель образования типична для южнорусских и украинских земель, где фамилии на -ев особенно часты.

Если же ударение падает на первый слог — То́молев, — основа меняет смысл. В этом случае фамилия могла произойти от прозвища То́моль. В диалектах слово «томить» давало множество производных: томный, томительный, томлёный. Прозвище Томоль могли дать человеку медлительному, вялому или, наоборот, тому, кто «томит» других — например, нудному или требовательному работнику. Прямых документальных подтверждений этой версии в открытых источниках мало, но лингвистически она состоятельна.

Важный штрих: суффикс -ев, а не -ов, указывает, что основа оканчивалась на мягкий согласный или на -й. В случае с Томолем это мягкое «ль» — ещё один аргумент в пользу версии с уменьшительным именем. Фамилии с таким суффиксом от полных имён (Фомин, Фоминцев) встречаются чаще, а вот Томолев — редкий вариант, сохранивший народную форму.

Географически фамилия тяготеет к западнорусским и украинским регионам, где имя Фома в бытовой речи дробилось на множество вариантов: Тома, Томка, Томко, Томол. Встречается она и в Беларуси, что подтверждает связь с местными говорами. Сословного барьера у Томолевых не было: крестьяне, мещане, иногда духовенство — фамилия не аристократическая, а именно бытовая, возникшая в среде простых людей.

Дополнительная деталь, которая выделяет эту фамилию среди десятков похожих: написание через «о» после «л» — Томолев, а не Томолевъ или Томолевь. В дореволюционных записях могла встречаться и форма Томолевъ, но современное написание закрепилось без твёрдого знака. Если когда-нибудь увидите вариант Томалев — это, скорее всего, описка или влияние акающего произношения, а не отдельная фамилия.