Фамилия Тулаинов — редкий пример, где прозвищная основа почти стёрта, а суффикс указывает на нерусское происхождение. Вопреки ожиданию, корень здесь не связан с городом Тула. Основа «Тулай» — это тюркское мужское имя или прозвище, распространённое у татар, башкир и других народов Поволжья. В тюркских языках «тулай» может означать «полный, сытый» либо «глухой, не слышащий» — в переносном смысле так могли назвать упрямого или независимого человека.

Фамилия образована по русской модели с суффиксом -ов, но с характерной деталью: в ней нет привычного для русских фамилий суффикса -ин, который присоединялся бы к основе на -а/-я. Вместо этого мы видим «Тулаинов», где -ин наращивается поверх -ов. Такая двойная суффиксация типична для регионов, где русская ономастика накладывалась на тюркскую: сначала фамилию давали по отцу (Тулай → Тулаев), а потом, при унификации документов, добавляли ещё один суффикс, чтобы «подогнать» под стандарт. В результате возникла форма Тулаинов, которая встречается в основном в Оренбургской области, Башкортостане и Татарстане.

Исходное имя Тулай могло быть и календарным: у некоторых тюркских народов так называли мальчиков, родившихся в месяц тулай (по лунному календарю). Версия о связи с ремеслом — «тулай» как «тот, кто тулит» (от «тулить» — прятать, укрывать) — маловероятна, так как глагол редок и не дал устойчивой фамильной основы. Таким образом, предки носителей фамилии Тулаинов — скорее всего, тюркоязычные крестьяне или служилые люди, чьё родовое прозвище было русифицировано в XVIII–XIX веках при переписях.