Фамилия Туктомашев — редкий случай, когда основа не поддаётся однозначной славянской или тюркской расшифровке с ходу. В отличие от большинства русских фамилий на -ов, которые образованы от крестильных имён или прозвищ, эта фамилия явно несёт в себе сложный составной корень, и её география указывает на Поволжье или Урал.

Скорее всего, фамилия происходит от тюркского или финно-угорского (например, марийского или удмуртского) двусоставного личного имени. Первая часть «Тукто» может восходить к тюркскому «тукта» — «останавливаться», «задерживаться» или «тук» — «сытый», «обильный». Вторая часть «маш» — это вариант имени «Маш» (сокращённое от Мухаммед или Махмуд) или же усечённая форма от «машина» в значении «похожий на» (как в татарских именах типа Ахмаш, Бикмаш). Таким образом, имя-основа могло означать «остановившийся Маш» (то есть ребёнок, рождённый после долгого перерыва) или «сытый, богатый Маш».

Суффикс -ев указывает на русскую модель образования фамилии: «чей?» — Туктомашев, то есть «сын Туктомаша». Фамилия не могла возникнуть в центральной России — её носители, вероятно, происходят из среды крещёных татар, башкир или марийцев, где такие двухосновные имена были распространены до XVIII–XIX веков. В документах фамилия встречается в Закамье и на юге Урала, что подтверждает её региональную привязку.

Интересная деталь: написание через «о» во втором слоге (Туктомашев, а не Туктамашев) может быть результатом аканья или местного произношения, когда безударный «а» перешёл в «о». В редких вариантах встречается форма Туктамашев — это более архаичный, «тюркский» вариант основы.

Социально предки носителей фамилии, скорее всего, были государственными или ясачными крестьянами, реже — служилыми людьми (толмачами, конными казаками), так как подобные имена часто давали в среде, где сохранялись доисламские или полуязыческие традиции имянаречения. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

Однокоренные фамилии — Туктаров, Тукмачёв, Машев — помогают увидеть, что основа «Тукто» и «Маш» жили отдельно, но в Туктомашеве они слились в одно прозвище, которое и стало родовым именем.