Sternberg uznał, że znalezione przez niego szczątki należą do nowego rodzaju dinozaura, któremu nadał nazwę Stenonychosaurus i zaliczył do rodziny Coeluridae. Później Sternberg (1951) uznał, że Troodon i stenonychozaur są ze sobą spokrewnione. Jednak znalezione szczątki obu dinozaurów były tak niekompletne, że zabrakło dowodów na potwierdzenie tej tezy. W 1969 Dale Russell znalazł więcej szczątków stenonychozaura, a w 1987 Philip J. Currie wykazał, że Stenonychosaurus to w istocie młodszy synonim troodona. W 2011 Troodon został uznany za gatunek wątpliwy z powodu nie diagnostycznych szczątków.
Budowa lewo|mały|Zęby Troodon osiągał poniżej 3 m długości i osiągał masę około 50 kg, jednak zęby odnalezione na Alasce sugerują, że troodony występujące na tamtych terenach mogły osiągać rozmiary około dwukrotnie większe niż osobniki żyjące na południu, w Montanie i Albercie. Miał duże oczy, co sugeruje nocny tryb życia. Podobnie jak większość deinonychozaurów miał sierpowaty pazur u nogi. Troodon miał dość długie przednie kończyny, wyposażone w ostre pazury. Czwarty palec u przedniej kończyny był przeciwstawny do reszty palców (zupełnie jak u ssaków naczelnych w tym człowieka). Budowa oczu troodona sugeruje, że miał lepsze widzenie obuoczne niż inne dinozaury. Oko troodona budową przypomina oczy ornitomimozaurów.