Фамилия Волочаев происходит от прозвища Волочай. В основе, скорее всего, лежит глагол «волочить» — тащить, тянуть. В русских говорах волочáем называли того, кто постоянно волочит что-то тяжёлое, отсюда и первое значение — «работник, тянущий борону» или просто чернорабочий на тяжёлой физической работе. Прозвище закреплялось за человеком по роду занятий, поэтому фамилию можно отнести к «профессиональным» — таким, как Кузнецов, Мельников или Плотников, только с менее очевидной специальностью.

Вторая версия тоже связана с тем же глаголом, но в переносном смысле. «Волочай» — так в диалектах называли волокиту, человека, который «волочится» за женщинами. Если первая гипотеза рисует образ крестьянина с бороной, то вторая — образ гуляки и ловеласа. Какая из них правдоподобнее, сказать сложно: прозвища давали и по работе, и по характеру, и оба варианта вполне реальны для русской деревни.

Фамилия образована по стандартной модели: к основе Волочай добавили русский патронимический суффикс -ев (вместо -ов, чтобы избежать стечения гласных). Буквально Волочаев — «сын Волочая». Форма фамилии указывает на то, что предок жил в центральной или северной части России, где было распространено именно такое окончание. На юге и в Белоруссии чаще встречался бы вариант Волочаенко или Волочайчук.

В отличие от фамилий, образованных от крестильных имён (Иванов, Петров), Волочаев — типичное прозвищное именование. Прозвища давали не при крещении, а в быту, и они часто были более точными, чем официальное имя. Не исключено, что предок-носитель фамилии в документах значился под другим именем, а Волочаем его звали односельчане. Фамилия сохранила это прозвище в неизменном виде, что делает её интересным памятником народной речи.