Фамилия Волочаев образована от прозвища Волочай. Её основа — диалектное слово «волочай», которое означало «тот, кто волочит». Чаще всего так называли работника, тянущего борону, — тяжёлый крестьянский труд, который давал прозвище по роду занятий. Это одна из версий, и она относит фамилию к числу «профессиональных» именований: предок человека с фамилией Волочаев мог быть пахарем или бороновальщиком.

Есть и другая версия, менее хозяйственная. В народной речи «волочай» означало «волокита», то есть человек, который ухаживает за женщинами, не даёт им прохода. Так могли прозвать любвеобильного мужчину, и прозвище со временем закрепилось за его потомками. Оба значения — и рабочее, и бытовое — существовали параллельно, и точно определить, какое из них дало начало фамилии, можно только по семейным преданиям или архивным записям о конкретном роде.

Словообразовательная модель проста: к основе Волочай добавили типичный русский суффикс принадлежности -ев. Фамилии на -ев обычно указывали на прямое родство: «чей сын?» — Волочаев, то есть сын Волочая. Такая модель была распространена в центральной и северной России, особенно среди крестьян и мещан. В южных и западных регионах чаще встречалась бы форма Волочаенко или Волочаюк, но Волочаев — это именно великорусский вариант.

Интересно, что у фамилии есть однокоренные «родственники»: Волочагов, Волочанов, Волочихин. Они образованы от тех же корней, но с разными суффиксами. Например, Волочихин — от женской формы прозвища (Волочиха), что бывает, если прозвище дали по матери или вдове. А Волочаев — самый прямой и мужской вариант.

Географически фамилия Волочаев встречается по всей России, но заметно чаще — в Поволжье и на Урале. В дореволюционных переписях её носители числились в основном крестьянами и мещанами, реже — казаками. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано, что подтверждает её «простое» происхождение из народной среды.