Фамилия Тумуреев — редкий случай, где разбор упирается не в славянские корни, а в тюркскую или монгольскую основу, что сразу выделяет её из ряда типичных русских фамилий на -ев. Если отбросить суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Тумурея), то в центре оказывается личное имя или прозвище Тумурей.

Самая вероятная версия связывает основу с тюркским словом «тумур» (железо) или его диалектными вариантами. В башкирском, татарском и казахском языках «тимер», «темир» означают железо, а «тумур» — более архаичная или диалектная форма. Имя Темир (Тимер) было широко распространено у тюркских народов: его давали мальчикам с пожеланием быть крепким, как металл. В русских документах XVI–XVII веков такие имена нередко русифицировали, добавляя окончание -ей: так появлялись Темерей, Тумурей. Соответственно, Тумуреев — «сын Тумурея», то есть потомок человека, носившего «железное» имя.

Менее распространённая, но возможная гипотеза — связь с монгольским «түмэр» (железо) или «түмэн» (тьма, десять тысяч). В бурятской и калмыцкой среде имя Тумэр встречается, а фамилии на -ев в этих регионах не редкость из-за длительного влияния русской административной системы. Однако написание «Тумуреев» с гласной «у» в первом слоге скорее отсылает к тюркским говорам, где «у» могло заменять «и» или «е».

Географически фамилия тяготеет к регионам с тюркским населением — Башкортостану, Татарстану, Оренбуржью, а также к Сибири, где происходили контакты с бурятами и якутами. Встречаемость крайне низкая: Тумуреевы — это, скорее всего, потомки одной или нескольких семей, вышедших из татарских или башкирских родов и обрусевших при переходе в православие. Сословная принадлежность могла быть разной — от служилых татар до государственных крестьян, но точных данных по этой фамилии нет.

Особенность фамилии в том, что её исходная форма — Тумурей — не сохранилась как самостоятельное имя в современном русском обиходе, но оставила след в ономастиконе. Если сравнивать с однокоренными фамилиями (Темирев, Темирханов, Тимербаев), Тумуреев стоит особняком из-за редкого фонетического варианта. Для носителя фамилии это указание на то, что предок, скорее всего, не был славянином по происхождению, а принадлежал к тюркской или монгольской среде, где имя-оберег «железный» давали с надеждой на несокрушимость.