Фамилия Тормаев — довольно редкая, и её происхождение не лежит на поверхности. Чтобы понять, откуда она взялась, стоит в первую очередь обратить внимание на основу — «Тормай». Скорее всего, это не полное крестильное имя, а его производная, обиходная форма.

Наиболее вероятная версия ведёт к каноническому имени Артемий (в просторечии — Артём). В русской народной традиции имена часто укорачивали, и одним из вариантов для Артемия могло стать «Тёма». От «Тёма» с помощью уменьшительно-ласкательных суффиксов легко получались формы вроде Тёмай, Тёмаш, а с учётом аканья (произношения «о» как «а») и диалектных особенностей — Тормай. Суффикс -ай характерен для имён, образованных от глаголов или прозвищ, но в данном случае он мог просто закрепиться в бытовом обращении.

Есть и другая, менее распространённая гипотеза. В некоторых говорах слово «торма» или «тормас» могло означать «затор», «препятствие», а в переносном смысле — медлительного или упрямого человека. Тогда Тормай — это прозвище по характеру. Однако эта версия слабее: прозвищная основа «торм-» в русской ономастике встречается редко, в то время как связка «Артемий — Тёма — Тормай» прослеживается в фамилиях Тёмин, Тёмочкин, Тёмушкин и даже Тормасов.

Сама фамилия образована по стандартной русской модели: к основе Тормай добавился притяжательный суффикс -ев (вместо -ов после мягкого согласного «й»). В буквальном смысле Тормаев — это «сын Торма́я», то есть потомок человека с таким обиходным именем или прозвищем.

Географически фамилия Тормаев встречается в основном в Поволжье и на Урале, что косвенно подтверждает её русское происхождение в среде, где имя Артемий было популярно. Сословная принадлежность предков могла быть любой — от крестьян до служилых людей, но фамилия не содержит суффиксов, указывающих на дворянство (-ский) или украинское происхождение (-енко). Это типичная патронимическая фамилия, которая закрепилась в XVI–XVII веках, когда у простых людей появились постоянные родовые прозвания.