Troodon was tot ruim twee meter lang, en zo'n twintig kilo zwaar. De hersenen, waarvan een gefossiliseerde afdruk is teruggevonden, waren opvallend groot (ongeveer vijf maal groter dan bij een gemiddelde theropode met hetzelfde gewicht) en Troodon had wellicht een hogere intelligentie dan enig ander bekend dier uit hetMesozoïcum - waarbij we echter wel moeten bedenken dat van veel vormen de hersengrootte onbekend 

Hoewel al benoemd in de 19e eeuw, waren er lange tijd slechts tanden van Troodon bekend. Dat leidde tot onzekerheid over de plaatsing. Leidy dacht dat het om een hagedis ging, Franz Nopcsa concludeerde in 1901 correct dat het een theropode betrof, maar Gilmore stichtte in 1924 verwarring door de soort bij dePachycephalosauria onder te brengen. Pas in 1985 werd in Montana een kaak gevonden en het jaar daarop eenschedel. Toen bleek dat een aantal verschillende dinosauriërsoorten (Polyodontosaurus, Stenonychosaurus enPectinodon) die alleen van hun tanden bekend waren, in werkelijkheid maar één soort vormde, waarvan de tandvorm vrij variabel was. Nog steeds zijn de bekende resten echter vrij fragmentarisch en is het mogelijk dat nieuwe vondsten zullen aantonen dat er toch verschillende soorten aanwezig waren, zij het dan zeer nauw verwant.