Фамилия Тумелев — довольно редкая, и её происхождение не лежит на поверхности. В ней сразу обращает на себя внимание основа, не характерная для славянских корней, и типичный русский суффикс -ев. Это сочетание указывает на то, что перед нами фамилия, образованная от прозвища или имени, которое могло прийти в русскую среду из тюркских или финно-угорских языков.

Скорее всего, в основе лежит тюркское слово «тумэн» (или «тумен»). В древности так называли воинское подразделение в десять тысяч человек, а в более широком смысле — «тьма», «великое множество». Прозвище Тумель могли дать либо человеку, командовавшему большим отрядом, либо, в ироничном ключе, тому, кто обладал многочисленным семейством или держал много скота. В этом случае фамилия Тумелев означает «потомок Тумеля», то есть человека, связанного с понятием «тумен».

Есть и другая, менее вероятная, версия. В некоторых говорах русского Севера и в коми-пермяцком языке слово «тума» или «тум» означало «дуб», а также «дубина», «болван». Прозвище Тумель могло закрепиться за крепким, коренастым человеком или, напротив, за недалеким упрямцем. Однако ударение в фамилии (Туме́лев, а не Ту́мелев) чаще тяготеет к тюркской версии, где «тумэн» произносится с ударением на второй слог.

Географически фамилия встречается разрозненно, но с заметным тяготением к Поволжью и Уралу — регионам, где веками соседствовали русские, татары и башкиры. В таких местах тюркские прозвища легко адаптировались через русский суффикс принадлежности -ев, превращаясь в фамилии. Носители фамилии Тумелев, скорее всего, происходят из служилых людей (казаков, стрельцов) или крестьян, которые переняли прозвище от соседей-кочевников. Фамилия не дворянская и не купеческая — она из народной толщи, где прозвище давали метко и по делу.