Demirçay, demir ve çay sözcüklerinden oluşur. Çay'ın Türkçede iki ayrı anlamı vardır: biri Farsça čây üzerinden Çince chá'dan gelen içecek ve bitki adı, öteki küçük akarsu, dere anlamındaki çay'dır. İngilizce Vikisözlük ikisini aynı madde altında verir. Kaynaklar adın hangi anlama dayandığını açıklamaz; dere anlamıyla okunduğunda ad sert ve güçlü akan bir suyu çağrıştırabilir. Demir, Ana Türkçe *temür'den gelir. TDK ise adı bileşenlerine değinmeden sert mizaçlı, güçlü ve dayanıklı biri olarak açıklar.
Adın ortasında r ile ç art arda geldiği için belirgin bir ses geçişi oluşur: De-mir-çay. Son hece kalın olduğundan ekler a'lı gelir: Demirçay'a, Demirçay'ın. Benzer isimler arasındaki Demirtay ile yalnızca bir ünsüzde ayrıldığından söylenişte karıştırılabilir; Demirtav da aynı ölçüde yakındır.