Фамилия Туганаев — редкий пример, когда в основе лежит не русское, а тюркское имя, и при этом фамилия оформлена по русской словообразовательной модели. Корень здесь — тюркское мужское имя Туганай. В татарском, башкирском и других тюркских языках оно образовано от слова «туган» — «родной», «рождённый», «кровный». Имя Туганай буквально означает «родной», «родимый» — так могли назвать долгожданного или любимого сына. Суффикс -ев в конце — типичный русский патронимический суффикс, указывающий на принадлежность: «чей?» — Туганаев, то есть сын или потомок Туганая.

Географически фамилия прочно привязана к Волго-Уральскому региону, особенно к Татарстану и соседним областям. Это не случайно: именно в среде татар и башкир, где веками бытовали тюркские имена, а затем происходила русификация документов, и возникла такая форма. В отличие от чисто русских фамилий на -ов/-ев, которые часто шли от крестильных имён (Иван — Иванов), Туганаев сохранила в себе дохристианское, мусульманское по происхождению имя. Это характерно для так называемых «русских фамилий тюркского происхождения», которые подробно разбирал лингвист Б. Унбегаун в своём труде о русских фамилиях.

Интересная деталь: фамилия могла возникнуть не только напрямую от личного имени Туганай, но и от прозвища Туганай, которое давали человеку, подчёркивая его родственную связь или характер («родной», «близкий»). В любом случае, первым носителем был человек, которого в быту звали Туганаем, а его дети уже по русской бюрократической традиции получили фамилию Туганаевы.

Написание фамилии устойчиво, без вариантов через «-ов» (Туганаев, а не Тугананов), что подтверждает её происхождение именно от имени на -ай. Встречается и ударение на второй слог (Тугáнаев), и на третий (Тугана́ев) — оба варианта допустимы, хотя в самой фамилии логичнее ударение на корень, как в исходном имени.