伤齿龙科（Troodontidae）是群类似鸟类的兽脚亚目恐龙。在20世纪，伤齿龙科的化石很少发现而且零碎，因此它们曾多次被分类于虚骨龙类的几乎每个主要支系里。21世纪开始发现了大量的伤齿龙科化石，以及许多新物种。这些新发现包含数个完整且呈天然状态的标本，以及保存羽毛的标本、蛋巢、包含胚胎的蛋、以及完整的未成年体。

关于伤齿龙科生理结构的研究，尤其是最原始的物种如中国猎龙，证实它们与始祖鸟、原始的驰龙科恐龙有极相似的生理结构，并证实了这些动物都是近亲，共同形成近鸟类演化支。

伤齿龙科恐龙是群体型小到中型的兽脚类恐龙，体重在30公斤以内；相对于其他兽脚类恐龙，它们拥有较长后肢；它们的第二脚趾拥有可收缩的大型、弯曲趾爪，类似驰龙科的镰刀状趾爪。然而，伤齿龙科的趾爪并未如驰龙科的那样大型、弯曲；在某些例子里，这些趾爪无法收缩到同样程度，也无法在行走时远离地面。至少有一种伤齿龙科恐龙，无聊龙，它们的第二趾爪笔直，行走时无法远离地面。

伤齿龙科恐龙的独特出在于它们的大型脑部，可与现代的无法飞行鸟类相比。它们的眼睛相当大，方向往前，显示它们拥有相当好的立体视觉。伤齿龙科恐龙的耳部在兽脚类恐龙中相当独特，它们拥有异常大的中耳空间，显示它们拥有准确的听力。中耳空间接近鼓膜，有助于侦测低频率的声音。伤齿龙科恐龙的耳朵位置并不对称，头颅骨两侧的耳朵位在不同的高度，这个特征只有某些猫头鹰才有。耳部的极度特化显示伤齿龙科恐龙以类似猫头鹰的方式来猎食，使用听力来确定小型猎物的位置。虽然大部分古生物学家认为伤齿龙科恐龙是肉食性掠食者，但某些物种（尤其是伤齿龙）的小型、粗糙边缘牙齿，以及U形颚部，显示某些物种可能是杂食性或草食性动物。相反地，少如物种如拜伦龙，拥有众多的针状牙齿，相当适合猎食小型动物，例如：鸟类、蜥蜴、以及小型哺乳类。

伤齿龙科在寻找鸟类起源上有重要的位置，因为它们与早期鸟类拥有许多共同生理特征。晚侏罗纪的莫里逊组发现的WDC DML 001完整标本，属于伤齿龙科，时间也接近始祖鸟的年代。这个重要的侏罗纪伤齿龙科化石，证实了较衍化的恐爪龙类的出现时间非常接近鸟类的出现时间，而更基础的近鸟类应该在更早的时期演化出来。这项发现使得恐龙与鸟类演化上的时间矛盾无效，但少数人仍抱持者这个演化上的时间矛盾。

位置不确定的演化支以“？”标记。

伤齿龙科Troodontidae

无聊龙 Borogovia

拜伦龙 Byronosaurus

双子盗龙 Geminiraptor

嘉年华龙 Jianianhualong

中国鸟脚龙 Sinornithoides

塔罗斯龙 Talos

西峡龙 Xixiasaurus

Polyodontosaurus

·近鸟亚科 Anchiornithinae?（相关争议见条目近鸟龙科）

近鸟Anchiornis

始鸟龙 Aurornis

始中国羽龙 Eosinopteryx？

辽宁猎龙 Liaoningvenator？

晓廷龙 Xiaotingia？

·金凤鸟亚科 Jinfengopteryginae

金凤鸟 Jinfengopteryx

·中国猎龙亚科Sinovenatorinae

大连龙 Daliansaurus

寐龙 Mei

中国猎龙 Sinovenator

曲鼻龙 Sinusonasus

·伤齿龙亚科Troodontinae

艾伯塔猎龙 Albertavenator

戈壁猎龙 Gobivenator

Latenivenatrix

临河猎龙 Linhevenator

菲利猎龙 Philovenator

Pectinodon

蜥鸟龙 Saurornithoides

细爪龙 Stenonychosaurus

伤齿龙Troodon

扎纳巴扎尔龙 Zanabazar

乌尔巴克齿龙 Urbacodon

少数伤齿龙科的化石，包含寐龙与中国鸟脚龙的标本，证实这些动物以类似鸟类方式栖息，将头部埋藏在前肢下方。这些化石与众多类似鸟类与有羽毛恐龙的骨骸，支持了伤齿龙科恐龙身上覆盖者类似鸟类羽毛的理论。完全覆盖羽毛的原始伤齿龙科恐龙金凤鸟、近鸟的发现，更进一步支持这个理论。

许多伤齿龙科的蛋巢，包含内含胚胎的恐龙蛋。一些关于伤齿龙科繁衍能力的理论。在1994年，马克·诺瑞尔（Mark Norell）等人叙述了两个伤齿龙科的部份颅骨（编号IGM 100/972与IGM 100/974），两个颅骨都发现于蒙古的德加多克塔组，位在一个蛋巢里面，这个蛋巢中有一个恐龙蛋，内有偷蛋龙科的胚胎，因此确定是偷蛋龙科的蛋巢。而这两个颅骨最初被诺瑞尔等人叙述成驰龙科的化石，而后重新归类于伤齿龙科。这两个伤齿龙科颅骨是刚出生幼体或胚胎，上附有蛋壳碎片，但似乎是偷蛋龙科的蛋壳。为何偷蛋龙科的蛋巢会出现两只年幼的伤齿龙科，令人费解。解释有：它们是成年偷蛋龙科的猎物、它们以偷蛋龙科幼体为食、或者伤齿龙科具有巢寄生现象。

伤齿龙科的化石是第一群被叙述的恐龙化石之一。最初，在1856年约瑟夫·莱迪（Joseph Leidy）将这些动物分类于蜥蜴亚目；但在1924年，查尔斯·怀特尼·吉尔摩尔（Charles W. Gilmore）将它们分类于恐龙总目的鸟臀目。直到1945年，查尔斯·斯腾伯格（Charles Mortram Sternberg）将伤齿龙科鉴定、分类于兽脚亚目。1969年以来，伤齿龙科与驰龙科共同属于恐爪龙下目演化支。但在1994年，托马斯·霍尔特（Thomas R. Holtz Jr）根据加大的脑部、长而低的上颌孔等特征，建立了膨颅龙类（Bullatosauria），包含了似鸟龙下目与伤齿龙科。伤齿龙科的骨盆也显示它们较驰龙科原始。在中国新发现的原始伤齿龙科化石，例如中国猎龙与寐龙，显示出伤齿龙科、驰龙科、以及原始鸟类始祖鸟之间的相似处；而大多数古生物学家，包括霍尔特在内，都认为伤齿龙科较接近鸟类，而离似鸟龙下目较远，使得Bullatosauria分类遭到废弃。

由Theropod Working Group成员所进行的密集兽脚亚目研究，显示基础驰龙科恐龙、伤齿龙科、以及始祖鸟之间有非常相似的地方。这几个分类形成近鸟类演化支，该演化支由Novas与Pol所提出。Hwang等人所提出的演化树，显示始祖鸟代表近鸟类的一个原始分支，而驰龙科与伤齿龙科较为先进。这个理论提升了恐爪龙类演化出空气动力行为的可能性。