Фамилия Валай — редкий случай, когда основа не даёт однозначного ответа: она может быть и финно-угорской, и славянской, и тюркской. Ключ к разгадке — география и способ образования. Фамилия не имеет типичного русского суффикса (-ов, -ин, -ский), что сразу указывает на её позднее закрепление или нерусское происхождение. Скорее всего, её принесли в метрики в неизменном виде, как прозвище или имя.

Самая вероятная версия — финно-угорская. В коми-пермяцком языке «валай» означает «разливающийся», «полноводный» (от «ва» — вода). Такое прозвище могли дать человеку, жившему у разлива реки, или рыбаку. Фамилия Валай встречается в Пермском крае, Удмуртии и Кировской области — как раз на стыке финно-угорских и русских земель. Эта версия объясняет и отсутствие суффикса: в Прикамье фамилии нередко записывали в форме чистой основы.

Вторая версия — славянская, но более спорная. В северных говорах «валай» — диалектное слово, означающее «неповоротливый, вялый человек». Однако в письменных источниках это слово почти не фиксируется, поэтому версия остаётся гипотетической. Третья линия — тюркская: в башкирском и татарском языках есть имя Валай (от арабского «вали» — святой, покровитель). Но у татар и башкир фамилии обычно оформлены суффиксами (-ов, -ев), а «Валай» — скорее редкое исключение.

Сословная принадлежность предков неясна. Поскольку фамилия недворянская и не встречается в старых боярских списках, носители Валай — скорее всего, крестьяне или однодворцы из северных и приуральских губерний. В переписях XIX века Валаи записаны в Вятской и Пермской губерниях, что подтверждает финно-угорскую гипотезу. Сегодня фамилия остаётся малочисленной, но её носители живут в основном в тех же регионах — от Кирова до Перми.