有羽毛恐龙的分类推论
根据发现的有羽毛恐龙，以及种系发生学研究，显示许多种类的兽脚类恐龙拥有羽毛，而非只属于接近鸟类的物种。较小型的兽脚类恐龙可能全都具有羽毛，而刚出生的较大型兽脚类恐龙可能也拥有羽毛，例如暴龙。较小型动物的羽毛可能具有隔热作用，而大型成年兽脚类恐龙能有效地持续制造热量，因此不可能拥有羽毛。如果大型动物拥有羽毛，将造成热量保持的问题。羽毛的痕迹很难被发现，因此到目前为止，很少恐龙被鉴定出具有羽毛。然而科学家们利用种系发生学，可以推论出哪些恐龙可能具有羽毛。借由羽毛的相似点以及相关研究，几乎所有的科学家同意恐龙的羽毛是来自于单一次的演化。羽毛传袭到更晚期、更衍化的物种，但部分物种在演化过程中失去了羽毛。如果将恐龙置于已知有羽毛物种的演化树中，科学家们确信部分恐龙的确拥有羽毛，除非发现有冲突的证据。种系发生学研究也可用来推论出哪些种类的恐龙可能具有羽毛。侏罗猎龙的叙述者提出一个虚骨龙类的亲缘分支分类法研究，其中包含许多不同的有羽毛恐龙。科学家将有羽毛恐龙以及其他没有发现皮肤痕迹的恐龙做比较，能够推测出哪些恐龙生物群具有羽毛。以下简易演化树显示出哪些兽脚类恐龙具有原始的绒羽以及进阶的正羽。研究人员根据系统发生学推论伶盗龙具有正羽，而后化石证据得以佐证。
兽脚亚目的外形特征
与人类、其他灵长目相比，兽脚亚目恐龙的前肢活动范围不大，与大众媒体与读物中的形象相反。兽脚亚目与原蜥脚类恐龙无法前掌前后转动它们的手掌，手掌只能朝下、或朝后。人类的桡骨与尺骨关节，允许他们随意转动手掌。在蜥臀目恐龙的肘部关节中，桡骨末端接至尺骨的沟，妨碍大范围的动作。同样地，其腕部关节的活动方向、活动范围也有限。某些物种的手掌与手指可以做出较灵活的动作，例如肉食龙下目的高棘龙、以及原始的艾雷拉龙下目、双脊龙科。虚骨龙类的前肢开始出现功能的转变，肩膀关节节相当灵活，可将前肢平举；可飞行鸟类的前肢运动达到极限。但是，似鸟龙下目与驰龙科的手掌、手指较不灵活。手盗龙类（包含驰龙类）的手腕有半月形骨头，使腕部关节相当灵活，可以做出类似鸟类的手掌收叠于前肢侧的动作。根据已发现的表皮痕迹，兽脚亚目恐龙的皮肤、覆盖物相当多样化。原始兽脚亚目恐龙具有小型、瘤状鳞片。某些物种更具有由皮内成骨构成的大型鳞片，例如食肉牛龙。兽脚亚目的有羽毛恐龙目前绝大多数都为虚骨龙类，只有斑龙超科的似松鼠龙和鲨齿龙科的昆卡猎龙目前被发现拥有羽毛。美颌龙科与原始暴龙超科具有原始羽毛，可能是构造简易的中空细毛。镰刀龙类的北票龙被发现有两种型态的羽毛，分别是具有大型羽干的羽毛，另一种则是结构简单的原始羽毛。大部分的有羽毛兽脚亚目恐龙，包含现代鸟类在内，部分身体仍保有鳞片。某些物种则同时保有鳞片、羽毛。擅攀鸟龙的基部尾巴仍保有爬行动物的鳞片。侏罗猎龙的尾巴基部与后肢，发现了鳞片痕迹，化石周围则发现疑似原始羽毛的可疑痕迹。某些物种则全身几乎覆盖者羽毛，利如伤齿龙科的近鸟龙，其脚踝、脚掌也具有羽毛。暴龙是大型的兽脚亚目恐龙，但棘龙的体型要比霸王龙还要大。根据棘龙的原始标本与2014年的新发现化石，也确凿地证明了棘龙身长比暴龙长4.4米，而体重比暴龙重4吨多。若不计算鸟类，已知最小型的兽脚亚目恐龙是耀龙，成年耀龙的身长约25厘米，体重约164公克。生活在高纬度且靠近寒带的北美洲的兽脚亚目恐龙，相比生活在其他洲（特别是亚洲和南美洲）的同一科亲戚，身高普遍都很高大或者相比近亲个子高大，比如霸王龙、蛮龙属、惧龙属、西雅茨龙属、矮暴龙、艾伯塔龙等。而生活在南美洲的兽脚亚目恐龙，个子矮的则不乏少数（如爆诞龙、南方巨兽龙等）。
