Фамилия Тувалов — редкий случай в русском ономастиконе, где основа неочевидна, а суффикс даёт подсказку. Модель образования типична для русских фамилий: суффикс -ов присоединяется к основе, указывая на принадлежность («чей?»). Значит, в основе лежало прозвище или некалендарное имя Тувал.

Что могло означать слово «тувал»? Здесь возможны две версии, и обе имеют право на существование. Первая отсылает к тюркским языкам, где «тува» или «туба» — название одного из племён, а также самоназвание тувинцев. В таком случае Тувал — это этническое прозвище: «человек из племени тува», «тувинец». Вторая версия связывает основу с древнерусским словом «тул» — колчан для стрел, а «тувало» могло быть диалектным вариантом, обозначающим мастера по изготовлению колчанов или просто меткого стрелка. В говорах встречается и слово «тувалить» — мешкать, делать что-то медленно, но такое прозвище маловероятно для фамилии.

Географически фамилия Тувалов привязана к Поволжью и Приуралью. Максимальная концентрация носителей фиксируется в Оренбургской области, Башкортостане и Татарстане. Это как раз зона активных контактов русского и тюркского населения, где этнические прозвища были обычным делом. Поэтому версия с тюркским происхождением здесь выглядит убедительнее: предок носителя фамилии мог получить прозвище Тувал, будучи выходцем из тувинских или близких к ним степных народов.

В дореволюционных переписях фамилия встречается в основном среди крестьян и мещан. Дворянских родов Туваловых не зафиксировано, что подтверждает её народное, «низовое» происхождение. Сравните с однокоренными фамилиями: Туваев (от имени Тувай), Тувин (от этнонима), Тулов (от «тул»). Тувалов стоит особняком — это редкий случай, когда прозвище сохранилось в почти неизменном виде, без уменьшительных суффиксов.