Medía aproximadamente 2 metros de longitud y pesaba unos 50 kg. Acechaba a pequeños mamíferos y dinosaurios débiles o jóvenes y podía atacarles con la velocidad del rayo. El cerebro era grande para su tamaño. La parte que controlaba las patas delanteras y los ojos estaba especialmente desarrollada, lo que lo convertía en un mortífero cazador. En cuanto divisaba a una presa, su cerebro enviaba mensajes a las patas delanteras que se extendían para atraparla.

También utilizaba su capacidad cerebral para reaccionar rápidamente ante el peligro, una gran ventaja sobre depredadores mayores que él. De caza o huyendo de sus enemigos, reaccionaba rápidamente ante lo que veía. Sus principales enemigos eran los grandes cazadores. Tenía largas patas delanteras, con dedos delgados rematados por garras. Al acercarse a su presa extendía las zarpas, con las que podía capturar y retener fácilmente a un mamífero, por mucho que éste forcejeara para liberarse.

A lo largo de sus mandíbulas, tenía pequeños dientes puntiagudos. Mataba a sus presas de un solo y poderoso bocado. A continuación, usaba las garras y los afilados dientes irregulares para arrancar la carne de su víctima. Podía cazar de día o de noche, avanzando furtivamente entre el follaje para rastrear a su presas con mucha facilidad. Usaba sus ojos como si fueran prismáticos, para ver a distancia. Probablemente sus ojos eran como los de un gato, con pupilas como ranuras que se abrían para dejar la máxima luz posible. Así podía ver en la oscuridad.

Durante muchos años, todo lo que se sabía de él se basaba en el hallazgo de un diente. Al principio se le confundió con otros dinosaurios, como los paquicefalosáuridos de grueso cráneo. Tenía un arma en sus patas tipo ave. El segundo dedo presentaba una gran garra sobresaliente. Cuando el animal descargaba un golpe con la pata, esta garra se convertía en una afilada daga cortante. Nunca desperdiciaba la ocasión de comer sin esfuerzo. Los científicos creen que merodeaba por las zonas de nidos de otros dinosaurios con la esperanza de sorprender crías descuidadas por sus padres.

Los paleontólogos han descubierto porciones de esqueleto de varios Troodon muy cerca de las zonas de anidación del Orodromeus. Las crías del Orodromeus tenían pocas posibilidades de escapar a las garras hirientes de este dinosaurio carnívoro.