Фамилия Цвелой — редкий пример, где суффикс сразу выдаёт региональное происхождение. Окончание -ой вместо более привычного -ый в прилагательных (ср. «светлый» и «светлой») — характерная черта южнорусских говоров, особенно курско-орловской группы. Такая модель указывает, что фамилия закрепилась на территории, где литературное -ый вытесняло местное -ой медленнее, чем в центральных и северных губерниях.

Основа — прилагательное «цвелой», то же, что «цвелый». В русских диалектах это слово означало «заплесневелый», «покрывшийся плесенью», «испорченный сыростью». Прозвище Цвелой могли дать человеку с бледным, нездоровым цветом лица, либо неопрятному, либо тому, кто работал с сырьём, склонным к гниению (например, с мокрым зерном или льном). Не исключён и бытовой перенос: так могли назвать хозяина подвала или амбара, где постоянно заводилась плесень.

В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые образуются от имени или прозвища отца, модель «чистого прилагательного» (Цвелой, Толстой, Благой) встречается в русском ономастиконе реже. Она часто фиксировалась у крестьян и однодворцев — потомков служилых людей, которые селились на южных рубежах. В метрических книгах XIX века фамилия Цвелой встречается в Курской, Воронежской и Тамбовской губерниях, что подтверждает диалектную привязку.

Спорных версий немного. Иногда фамилию пытаются связать с украинским «цвіль» (плесень) или польским «kwiat» (цветок), но это натяжка: русское «цвелый» имеет ту же праславянскую основу *květ-, что и «цвести», но с семантическим сдвигом в сторону порчи, увядания. Прямое значение «цветущий» для этой фамилии не работает — диалект однозначно указывает на плесень и гниль.

Сегодня фамилия остаётся малочисленной. По данным современных телефонных справочников, большинство носителей живут в Белгородской и Курской областях, что лишь подтверждает старую географию.