Фамилия Цвелев — один из тех случаев, когда внешне простая основа таит неожиданный поворот. На первый взгляд, корень «цвел» намекает на цветение, но здесь всё сложнее. Слово «цвель» в русских говорах означало не только плесень или затхлый запах, но и — в переносном смысле — бледного, болезненного человека. Прозвище Цвель могли дать тому, кто выглядел хилым, бледным, «плесневелым» на вид. В некоторых диалектах так называли и капризного, плаксивого человека. Фамилия образована по стандартной патронимической модели: Цвель + -ев, то есть «сын Цвеля».

Суффикс -ев указывает на принадлежность к роду. Фамилии на -ев (а не на -ов) возникали, когда основа оканчивалась на мягкий согласный или шипящий. Цвель даёт именно такой случай. Интересно, что ударение в фамилии плавающее: одни носители произносят Цвéлев, другие — Цвелёв. Второй вариант логичнее с точки зрения исторической фонетики: суффикс -ев под ударением даёт «ё».

Встречается и альтернативная версия, связывающая фамилию с растением «цвель» (вид водоросли или тины). В этом случае прозвище могло относиться к человеку, жившему у заросшего пруда или занимавшемуся рыболовством в тихих заводях. Но эта гипотеза менее распространена: в словарях русских фамилий (например, у Б. Унбегауна) Цвелев последовательно выводится из прозвища со значением «бледный, болезненный».

Географически фамилия тяготеет к центральным и северо-западным областям России. В писцовых книгах XVI–XVII веков встречаются крестьяне и посадские люди с прозвищем Цвель — в Новгородской и Тверской землях. Социально это была фамилия крестьянская или мещанская: дворянских родов Цвелевых в гербовниках не зафиксировано.

Редкий случай — вариант написания через «ё» (Цвёлёв) встречается в документах XIX века. Сейчас форма Цвелев закрепилась как основная, но её носители до сих пор сталкиваются с вопросом: «От цветка или от плесени?» — и оба корня по-своему правдоподобны, хотя второй исторически точнее.