Фамилия Валькаев — редкий пример, где на стыке разных языковых традиций возникла необычная словообразовательная модель. В ней соединились тюркское имя и русский фамильный суффикс, но с характерной особенностью: основа оканчивается на гласный, и суффикс -ев присоединяется напрямую, без промежуточных наращений.

Основа фамилии — Валькай. Это имя или прозвище тюркского происхождения, скорее всего, из башкирского или татарского языка. Его можно разобрать на две части: «валь» (возможные значения — «святой», «друг», «близкий» в арабизмах, заимствованных через тюркские языки) и уменьшительно-ласкательный аффикс -кай/-кей, характерный для тюркских имен (сравните: Айкай, Туккай, Янкай). Таким образом, Валькай — это «маленький Валь», «Валька», но не в русском, а в тюркском уменьшительном значении.

В XIX веке, при переходе к обязательным фамилиям, отчество или прозвище Валькай оформилось по русской модели: «чей?» — Валькаев, то есть сын Валькая. Суффикс -ев, а не -ов, указывает на то, что основа исторически заканчивалась на мягкий или йотированный звук. Фонетически фамилия могла произноситься и как Валькайев, но на письме закрепился более краткий вариант — Валькаев.

Географически фамилия тяготеет к регионам смешанного русско-тюркского населения: Башкортостан, Татарстан, Оренбуржье. Именно там в среде крестьян и казаков фиксировались подобные двусоставные фамилии, где русский суффикс наращивался на местное имя. Встречаемость фамилии низкая, что говорит о её локальном, возможно, даже одноаульном происхождении.

Если искать параллели, то однокоренные фамилии — Валиев, Валиуллин — образованы от полной арабской формы Вали («святой», «покровитель»). Валькаев же стоит в стороне: это не вариант Валиева, а самостоятельная форма, возникшая из уменьшительного имени. Предок носителя этой фамилии, скорее всего, был башкиром или татарином, носившим домашнее имя Валькай, которое при записи в метрики или ревизские сказки получило стандартное русское окончание.