Фамилия Тубукаев — редкая, но её устройство прозрачно для того, кто знаком с тюркским именословом. В основе лежит мужское имя Тубукай (или Тобукай), которое образовано от тюркского слова «тубук» — «голень, берцовая кость». В переносном смысле такое прозвище могли дать человеку с длинными или, наоборот, кривыми ногами, либо тому, кто был крепок и устойчив, как нога. Суффикс -ай типичен для тюркских имён-прозвищ (ср. Каратай, Кучукай, Бурунай) и часто придаёт уменьшительно-ласкательный или характеризующий оттенок.

Фамилия сложена по русской модели: к основе Тубукай добавили патронимический суффикс -ев, который указывает на принадлежность («сын Тубукая»). Это говорит о том, что фамилию фиксировали уже в русской канцелярской среде, скорее всего, в конце XVIII–XIX века, когда крестьянам и инородцам массово присваивали фамилии по отцу. Если бы фамилия сохранила чистый тюркский суффикс, она звучала бы как Тубукай, Тубукаев — результат адаптации к русской грамматике.

Географически фамилия тяготеет к Волго-Уральскому региону и Западной Сибири. Наиболее вероятные носители — башкиры, татары или казахи, у которых имя Тубукай встречается в исторических записях. Встречается вариант написания «Тобукаев» — с буквой «о» в первом слоге, что отражает диалектное произношение (переход а > о в некоторых тюркских говорах). Оба варианта восходят к одному корню.

Сословно предки Тубукаевых, скорее всего, были государственными или ясачными крестьянами, реже — казаками. Дворянских родов с такой фамилией в родословных книгах нет, что неудивительно: фамилия явно народная, возникшая в среде, где имя давали по внешнему признаку или шутливому прозвищу. Письменных упоминаний о Тубукаевых в дореволюционных источниках мало, но это как раз и подтверждает её позднее оформление и локальный характер.

Если сопоставить с однокоренными фамилиями, то Тубукаев стоит в одном ряду с Тубуловым, Тоболиным, Тобоевым — все они образованы от тюркских названий частей тела или связанных с ними качеств. Это позволяет предположить, что прозвище Тубукай не было случайным, а входило в круг бытовых имён, описывающих внешность человека.