Фамилия Тунаев — редкий случай, когда основа почти наверняка не русская, а тюркская, но фамилия оформлена по русской модели. В этом её главная особенность. Суффикс -ев указывает на стандартный патроним: Тунаев буквально значит «сын Туная». А вот имя Тунай — это уже ключ к этимологии.

Самая убедительная версия возводит основу к тюркскому мужскому имени Тун (Тун-ай). В древнетюркском и монгольском «тун» означает «первый», «старший», а «ай» — «луна», «месяц». Имя Тунай могло даваться первенцу или ребёнку, родившемуся в новолуние. Такие имена были распространены у татар, башкир, чувашей, казахов — у всех народов, где имянаречение опиралось на астрономические и родовые приметы. Встречается и вариант Тонай, что лишь фонетическое колебание.

Есть и более прозаичная гипотеза: от тюркского «тун» в значении «шуба», «тулуп». Тогда Тунай — прозвище скорняка или человека, носившего характерную одежду. Но эта версия слабее: личные имена от названий одежды встречаются реже, чем от астронимов, и не зафиксированы в старых метриках так же широко.

Географически фамилия тяготеет к Поволжью и Приуралью — регионам, где веками жили татары и башкиры, а после христианизации часть из них получала фамилии на -ев по отцу. В русских переписных книгах XVII века фамилия не встречается: она поздняя, крестьянская, из среды бывших «инородцев». В современной России Тунаевы рассеяны, но наибольшая плотность — в Татарстане, Башкортостане и Оренбургской области.

С точки зрения словообразования, фамилия проста: основа Тунай + патронимический суффикс -ев. Ударение, скорее всего, на второй слог — Туна́ев, хотя в разных семьях может смещаться. Однокоренных фамилий мало: Тунанов, Тунаков — они образованы от тех же тюркских корней, но с другими суффиксами.