Фамилия Тонкаева — женская форма, а её мужской вариант — Тонкаев. В русской традиции такие фамилии обычно образовывались от прозвищ или имен, и в данном случае мы имеем дело с довольно прозрачной основой, хотя и не самой распространенной.

Скорее всего, в основе фамилии лежит прозвище Тонкай или Тонкой. В русских говорах слово «тонкий» имело не только прямое значение «не толстый», но и переносное: так могли назвать человека худощавого, изящного, а иногда — чуткого, проницательного, «тонко» чувствующего обстановку. В некоторых диалектах «тонкачом» называли мастера по тонким работам, например, резчика по дереву или ювелира. Суффикс -ев в фамилии указывает на принадлежность: «сын Тонкая» или «из рода Тонкаевых».

Есть и другая, менее очевидная версия. В тюркских языках, например в татарском и башкирском, встречается слово «тон» со значением «одежда», «шуба», а «тонка» могло быть уменьшительной формой. Если предки носителя фамилии имели тюркские корни, то прозвище могло относиться к портному или торговцу одеждой. Однако эта гипотеза слабее: фамилия Тонкаев (и Тонкаева) встречается в основном в русской среде, и ареал её распространения — центральные и южные регионы России, где прозвище от прилагательного «тонкий» было более естественным.

Встречаются и однокоренные фамилии: Тонков, Тонких, Тонкачёв. Разница в суффиксах отражает разные модели образования: -ов — стандартная патронимическая, -их — северная (из рода Тонких), а -ачёв — вариант с другим суффиксом, характерный для некоторых областей. Тонкаева, таким образом, стоит в ряду фамилий, указывающих на внешность или характер предка, без сложной этимологии, но с живым диалектным оттенком.