Фамилия Тугунаев — наглядный пример того, как тюркское имя, попав в русскую среду, обрастает типично русским фамильным суффиксом. Её основа — тюркское мужское имя Тугунай (или Туганай), которое в свою очередь восходит к слову «туган» — «родной», «родственник», «единокровный». В татарском, башкирском, казахском языках это имя-пожелание: им называли долгожданного или любимого сына, желая ему крепких родовых связей и поддержки родни. Прямой аналог по смыслу — славянское имя Родомир или простонародное Родя.

Словообразовательная модель здесь стандартная для русских фамилий второй половины XVI–XVII веков: к основе Тугунай присоединили патронимический суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного «й»). Так фамилия Тугунаев буквально означает «сын Тугуная». Интересно, что в некоторых диалектах могло возникнуть написание Туганаев (через «а» во втором слоге), но закрепился именно вариант с «у» — возможно, под влиянием окающих говоров или конкретного произношения родоначальника.

Географически фамилия тяготеет к Волго-Уральскому региону и Западной Сибири. Самые ранние документальные упоминания, скорее всего, относятся к служилым татарам или башкирам, которые после присоединения Казанского и Сибирского ханств переходили на русскую службу и получали поместья. В таких семьях имя Тугунай давали по традиции, а при крещении или составлении писцовых книг за потомками закреплялась фамилия по отцу. Встречаются Тугунаевы и среди сибирских казаков — например, в Омской и Томской губерниях, куда переселенцы приносили фамилию с собой.

В отличие от многих фамилий с прозрачной профессиональной основой, Тугунаев не говорит о ремесле или сословии предка. Он указывает на личное имя, которое несло эмоциональную нагрузку: назвать сына Тугунаем — значит подчеркнуть его кровную связь с семьёй, почти как «кровинушка». Поэтому среди носителей фамилии могли быть и крестьяне, и военные, и священники — социальный статус определялся не именем, а дальнейшей историей рода.

В современном русском языке фамилия склоняется как обычное притяжательное прилагательное: Тугунаева, Тугунаеву, о Тугунаеве. Ударение, по правилам тюркского произношения, падает на последний слог — Тугуна́ев, хотя в бытовой речи можно услышать и варианты с ударением на «у».