Фамилия Тухбаев образована по самой распространённой в России модели — с помощью патронимического суффикса -ев, который присоединяли к основе, оканчивающейся на мягкий согласный или шипящий. В данном случае основа — Тухбай. Это тюркское составное имя, и его разбор даёт ключ к происхождению фамилии.

Первая часть «тух» восходит к древнетюркскому «туг» — «знамя», «бунчук». В кочевых обществах знамя было не просто символом, а воинским штандартом, вокруг которого строилось войско. Вторая часть «бай» означает «богатый», «господин», «хозяин». Соединяясь, эти части дают значение «богатый знаменем» или «владелец знамени». Скорее всего, так называли человека, который нёс знамя в походе или был военным предводителем, — в тюркской среде такие имена давали с пожеланием воинской славы и богатства. Менее вероятна, но возможна версия, что «тух» — это искажённое «тук» («сытый», «полный»), тогда имя означало бы «сытый богач».

Фамилия Тухбаев имеет отчётливую региональную привязку. Она характерна для татар и башкир, особенно распространена в Башкортостане, Татарстане и в Оренбургской области. Встречается она и у казахов, где форма может писаться как Тұхбаев. Сословно предки Тухбаевых, скорее всего, относились к государственным или ясачным крестьянам, реже — к служилым татарам, которые несли военную или административную службу. В любом случае, фамилия указывает на то, что её носитель в первом поколении был сыном человека по имени Тухбай, а само это имя отражает ценности воинской доблести и достатка, характерные для тюркской кочевой знати и воинов.