Фамилия Тюлькаева — женская форма мужской фамилии Тюлькаев, и её разбор стоит начать не с корня, а с редкости суффикса. В русских фамилиях распространены суффиксы -ов/-ев и -ин, а здесь мы видим -аев. Это указывает на то, что основа фамилии оканчивалась на звук, который в древнерусском языке смягчался, переходил в «ль» или «й». В данном случае «Тюльк-» — это вариант написания, где «ль» появилась из-за мягкости согласного, а конечное «-ай» превратилось в «-аев» по модели: прозвище Тюлькай → Тюлькаев.

Сама основа «тюльк-» чаще всего отсылает к тюркским языкам. В татарском, башкирском и других языках этой группы есть слово «төлке» — «лиса». Прозвище Тюлька (или Тюлькай) могли дать хитрому, изворотливому человеку, либо тому, кто внешне напоминал лису — рыжиной волос или узким разрезом глаз. Это одна из самых правдоподобных версий, поскольку фамилии на -аев в Поволжье и Приуралье часто имеют тюркские корни, а географически Тюлькаевы встречаются именно в Татарстане, Башкортостане и соседних областях.

Вторая версия — русская, но менее вероятная. В некоторых говорах «тюлька» — это мелкая рыба (килька, хамса). Прозвище Тюлька могли дать невысокому или худощавому человеку. Однако против этой версии говорит тот факт, что фамилия Тюлькаев (и её женская форма) почти не встречается в центральных русских регионах, где рыбу называли «тюлькой», а сконцентрирована на востоке, где основным населением были тюрки. Кроме того, суффикс -аев для русских фамилий нетипичен — в русском языке чаще было бы «Тюлькин» или «Тюльков».

Таким образом, с высокой долей вероятности фамилия Тюлькаева происходит от тюркского прозвища, означающего «лиса». Носительница этой фамилии может считать своими предками людей из татарской или башкирской среды, живших на территории современных республик Поволжья. Фамилия недворянская, крестьянская или мещанская, что подтверждается её словообразовательной моделью: -аев — типичный суффикс для фамилий простых сословий в тюркоязычных регионах России.