Na locução pai natal, se se considerar o segundo elemento (natal) como substantivo, deverão ser admitidos dois plurais (pais natal e pais natais). Se natal for tomado como adjectivo, então este deverá concordar em número com o primeiro elemento da locução (pais natais). A primeira hipótese parece mais provável, já que se nos afigura pouco lógico que natal nesta locução seja um qualificador de pai com as acepções habituais desse adjectivo (“relativo ao nascimento” e “onde ocorre nascimento”). Parece mais provável que natal seja uma referência directa à época em que se comemora o nascimento de Jesus Cristo, pelo que deverá ser tomado como substantivo, permitindo, tal como nas palavras hifenizadas formadas por dois substantivos, a dupla pluralização.

O plural não é utilizado quando nos referimos à personagem com origem na lenda de São Nicolau (neste caso a locução deverá ser escrita com maiúsculas, isto é, Pai Natal), mas apenas quando queremos designar várias pessoas vestidas como o Pai Natal (neste caso a locução deve ser escrita com minúsculas, ou seja, pais natal ou pais natais).

Notas

1. As respostas são datadas e escritas segundo a ortografia da norma europeia anterior ao Acordo Ortográfico de 1990.
2. A base do dicionário foi alterada a 1 de Abril de 2009, pelo que as referências em dúvidas anteriores a esta data podem não corresponder ao conteúdo actual.
3. As respostas sobre questões ortográficas são maioritariamente baseadas na norma ortográfica portuguesa de 1945, contendo as respostas mais recentes indicações sobre a ortografia antes e depois do Acordo Ortográfico de 1990.
4. A bibliografia utilizada está disponível aqui.