Фамилия Тополкараев — редкий случай, когда в основе лежит не имя и не профессия, а целое прозвище, построенное на сравнении. Разобрать её можно, если знать два корня: «топол» и «кара». Первый очевиден — тополь, дерево. Второй восходит к тюркскому «кара» — «чёрный». Вместе это даёт «чёрный тополь» или «тополь-карагач». В тюркских языках «карагач» (кара + агач — «чёрное дерево») — это вяз, но в народной речи так могли называть и тополь с тёмной корой, и вообще любое крупное дерево с густой кроной.

Прозвище Тополкарай, от которого образована фамилия, скорее всего, дали человеку высокому, худощавому и смуглому — этакий «чёрный тополь». Сравнение с деревом-великаном типично для сельских прозвищ: оно и рост обозначает, и внешность. Суффикс -ев указывает на русский способ оформления фамилии: «чей?» — Тополкараев, то есть сын или потомок Тополкарая. Сама основа при этом явно тюркская, что отсылает к регионам, где русские и тюркские народы жили бок о бок: Поволжье, Урал, Северный Кавказ или юг Сибири.

По словообразовательной модели это типичная «прозвищная» фамилия, но с необычным составом. В русских фамилиях редко встречается стык двух полнозначных корней без соединительной гласной — «Тополкараев», а не «Тополокараев». Это говорит о том, что прозвище сложилось в устной речи как одно слово, и его не переосмысляли как «тополь и кара». Вероятно, носители фамилии происходят из смешанной среды, где тюркское «кара» было понятно без перевода.

Сравните с однокоренными фамилиями: Каратаев (от «каратай» — чернобровый), Карамышев (от «карамыш» — чёрный кот), Топольский. Тополкараев стоит особняком — это не географическая фамилия (от названия села) и не отчественная (от крестильного имени). Это чистое прозвище, закреплённое в документах. Из-за редкости фамилия почти не встречается в исторических справочниках, но её носители, скорее всего, сосредоточены в тех регионах, где тополя — часть пейзажа, а тюркская лексика — часть быта.