Фамилия Тухтубаев — тюркская по происхождению, и её разумнее всего разбирать, отталкиваясь от имени-основы, а не от суффикса. Суффикс -ев здесь типичный русский патронимический показатель, который присоединили к тюркскому корню при оформлении фамилии в русской среде. Основа же восходит к мужскому личному имени Тухтубай.

Имя Тухтубай — составное, распространённое у многих тюркских народов (татары, башкиры, казахи). Первая часть, Тухту (или Тукту), связана с глаголом со значением «остановиться», «задержаться», «устоять». В именах этот корень часто несли пожелание ребёнку быть стойким, живучим, «остановить» возможные беды или смерть. Вторая часть, бай, — древний титул, означающий «господин», «богач», «хозяин». В личных именах бай выступало как пожелание богатства и статуса, а со временем превратилось в распространённый компонент, почти утративший первоначальную социальную весомость.

Таким образом, Тухтубай дословно — «стойкий богач» или «устоявший господин». Однако в контексте народной антропонимии имя скорее выполняло обережную функцию: родители надеялись, что дитя будет крепким, выживет, «устоит» перед болезнями. Фамилия Тухтубаев, следовательно, означает «потомок Тухтубая».

Географически фамилия тяготеет к Волго-Уральскому региону и Западной Сибири. Её носители — в основном потомки татарских или башкирских родов, а также, возможно, казахов, чьи предки переселились в российские губернии. Интересная деталь: в дореволюционных записях фамилию могли записывать через о — Тохтубаев. Это не ошибка, а отражение живого произношения, где в безударной позиции «у» и «о» смешивались, или же влияние диалектного варианта имени Тохтубай. Встречаются и однокоренные фамилии — Тухтубаев, Туктубаев, Тохтубаев, все они образованы от одного корня с разными фонетическими вариантами.

Сословно предки Тухтубаевых, скорее всего, относились к государственным крестьянам или тептярям (сословие, характерное для Башкирии и Приуралья, платившее ясак). Встречаются упоминания этой фамилии среди служилых татар, но массового дворянства она не дала. Носители фамилии в XIX веке жили в Казанской, Уфимской, Оренбургской губерниях, занимались земледелием и скотоводством.