美国自然历史博物馆的亨利·费尔费尔德·奥斯本（英语：Henry Fairfield Osborn）在1905年创造了“Tyrannosaurus rex”（雷克斯暴龙）一词。属名衍化自古希腊文，“τυραννος/tyrannos”意为“暴君”，而“σαυρος/sauros”意为“蜥蜴”。种名“rex”在拉丁语中意为“国王”。因此，雷克斯暴龙的学名意为“暴君蜥蜴王”，以突显它们的体型对于同时代的其他物种具有优势[4]。

暴龙是陆地上出现过的最大型肉食性动物之一。根据目前保存最完整的暴龙化石“苏”（编号FMNH PR2081）可以了解其体型。“苏”身长12.8米，臀部高达4米[2]；这个数据仅次于更大型的棘龙与南方巨兽龙（可能还有鲨齿龙与马普龙）[5][6]。在过去几年，暴龙的体重估计值的变化很大，从超过7.2公吨[7]到少于4.5公吨[8][9]，而目前的估计值多在5.4到6.8公吨之间[10][11][12][3]。目前已知最大型的暴龙头颅骨长达1.5米[13]。与其他兽脚类恐龙相比，暴龙的头颅骨非常大。暴龙的头颅骨后方宽广，口鼻部狭窄。暴龙的眼睛朝向前面，使双眼的视觉重叠区比较大，可以看到更广的立体影像，具有颇佳的立体视觉[14][15]。头颅骨的部分骨头是固定的，例如鼻骨，可防止骨头间的滑动。颅骨上有大型洞孔，可减轻头部重量，并提供肌肉附着点。颅骨的许多骨头内有微小的空间，可使头部较轻、更为灵活。这与其它的头部特征，使暴龙科具有强大的咬合力，并超越其他的非暴龙科兽脚类恐龙[16][17][18]。虽然大部分暴龙科动物的下颌前端为V字型，暴龙的下颌前端呈U字型，这增加了单次咬合时所能撕咬下的肉块体积，却也增加了前段牙齿所遭受的压强[19][20]。暴龙的颌部由多个骨头组成，可用来吸收猎物挣扎时的震动力，防止颌部受损。如同其他暴龙科恐龙，暴龙的牙齿前后缘呈锯齿状。此外，暴龙的牙齿为异齿型[21][1]。前上颌骨的牙齿属于凿状牙，牙齿间紧密排列，横剖面为D形，后侧有明显的棱脊，牙齿向后弯曲。D形横剖面、后侧棱脊与往后弯曲的特点，减低了暴龙咬合时牙齿陷入猎物身体内的可能性。后段的牙齿较为粗壮，外型类似香蕉，牙齿间空间较宽，也有明显的棱脊[22]。上颌后段牙齿较下颌后段牙齿更大。目前所发现最大的暴龙牙齿，包括齿根在内有30厘米长。在其他恐龙身上发现的大型齿痕，显示暴龙的牙齿可刺穿坚硬的骨头。暴龙拥有恐龙之中最强大的咬合力，也是咬合力最大的动物之一。经常发现暴龙的受伤或断裂牙齿，但与哺乳类不同的是，暴龙科的牙齿是不停成长、替换的[1]。 、暴龙如同其他兽脚类恐龙，暴龙的颈部呈S形弯曲，但较短、较健壮。暴龙的头颅骨长度是脊柱（髋骨到头部）的一半，显示它们的粗短颈部必须充满强壮的肌肉，才能支撑巨大的头部[1]。与身体相比，暴龙的前肢非常小。长久以来，暴龙的前肢被认为只有两指，但近年的两个研究，发现暴龙有已退化的第三指[23][24]。就身体与后肢比例而言，暴龙的后肢却是兽脚类恐龙之中最长的之一。暴龙的后肢强壮，每只脚各承受约半只大象的重量。脚掌只有三个脚趾接触地面，跖骨离地。脚后另有一上爪。暴龙的中跖骨挟长，与两侧跖骨形成夹跖型态。踝部关节呈简单的绞炼型态；而稳固的踝部使它们可以在崎岖的地面行走[25]。暴龙的尾巴大且重，长度约与身体相当，有时包含超过40个脊椎骨，可与头部与身体保持平衡。为了平衡暴龙的体重，它们身体的许多骨头是中空的。这可以减轻身体的重量，同时维持了骨头的强度[1]。

在过去，暴龙科被推测可能与侏罗纪的大型肉食性恐龙有亲缘关系，例如斑龙超科与肉食龙下目。但化石证据显示这群恐龙在很早期已经分开进化，暴龙应属于较衍化的虚骨龙类演化支[19]。暴龙是暴龙超科、暴龙科、以及暴龙亚科的模式属。暴龙亚科的其他物种包含北美洲的惧龙与亚洲的特暴龙[26][27]，两者有时会被认为是暴龙属的异名[20]。 1955年，苏联古生物学家叶甫根尼·马列夫（英语：Evgeny Maleev）将在蒙古发现的化石建立为一个新种，命名为勇士暴龙（Tyrannosaurus bataar）[28]。到了1965年，勇士暴龙被重新命名为勇士特暴龙（Tarbosaurus bataar）[29]。尽管被重新命名，许多种系发生学研究认为勇士特暴龙是雷克斯暴龙的姐妹分类单元[27]，因此勇士特暴龙常被认为是暴龙属的亚洲种[19][30][31]。最近一个对于勇士特暴龙的重新研究，显示勇士特暴龙的头颅骨比雷克斯暴龙的还要狭窄，而两者的头颅骨在咬合时所承受压强的方式非常不一样，所得到的数据结果是勇士特暴龙较接近于分支龙，另一种亚洲暴龙类[32]。另一相关的亲缘分支分类法研究发现分支龙是特暴龙的姐妹分类单元，而非暴龙；如果这个研究属实，将显示特暴龙与暴龙是独立的属[26]。在发现暴龙的相同地层中发现的其他暴龙科化石，起初被类于个别的分类项目，包含后弯齿龙与大纤细艾伯塔龙（Albertosaurus megagracilis）[20]，后者在1995年被建立为恐暴龙（Dinotyrannus megagracilis）[33]。然而，这些化石目前通常被认为是暴龙的幼年个体[34]。在蒙大拿州发现的一个小型（60厘米长）但接近完整的头颅骨，可能是个例外。这个头颅骨起初被查尔斯·怀特尼·吉尔摩尔在1946年归类于兰斯蛇发女怪龙（Gorgosaurus lancensis）[35]，但后来被建立为新属矮暴龙[36]。对于矮暴龙的有效性分为两派意见。许多科学家认为该头颅骨来自于一个幼年暴龙[37]。矮暴龙与暴龙之间有少数差异，例如矮暴龙的牙齿数量较多，这导致有些科学家认为它们是独立的两个属；必须等到更进一步的研究或发现才能确定两者之间的关系[27][38]。

第一个被归类于暴龙的标本，是由两节部份脊椎骨所构成（其中一个已遗失），是由爱德华·德林克·科普在1892年所发现，并命名为Manospondylus gigas（意为“巨大的”+“多孔的脊椎”）。在1917年，奥斯本发现M. gigas与暴龙有相似处，但因为M. gigas的脊椎骨破碎，所以奥斯本无法确定它们是同一种动物[39]。在2000年6月，黑山地质研究机构找出M. gigas在南达科他州的发现地点，并在当地发现了更多的暴龙类化石。这些化石被判断跟M. gigas都来自于同一个体，而且被归类于暴龙属。根据《国际动物命名法规》，M. gigas比暴龙还早被命名，因此应拥有优先权[40]。然而，根据从2000年1月1日起生效的《国际动物命名法规》第四版，首同物异名或首异物同名自从1899年起就不被当成有效名称使用，而次同物异名或次异物同名在过去50年来已被至少25个研究、至少10位研究人员当作有效名称并使用在特定分类，则目前占优势的使用名称必须继续使用[41]。暴龙符合这个规定，因此继续成为有效名称，并为被认为是一个保留名称。而Manospondylus gigas则被认为是个遗失名[42]。

所有的恐龙资讯都来自于化石纪录，暴龙的生理特性，例如行为、肤色、生态、生理机能，仍然未知。然而，过去20年来已发现许多新标本，产生了许多关于暴龙生长模式、性状、生物力学以及代谢方面的假设。

随着标本的增加，科学家们开始注意到暴龙的个体间变化，并发现它们可分为两种模式或形态，类似于某些其他兽脚亚目物种。其中一个形态较为粗壮，而另外一个较为纤细。数个形态学研究认为这两种形态代表暴龙拥有两性异形，而较粗壮的形态通常被认为是雌性个体。例如，数个粗壮标本的骨盆似乎较宽，可能用来容纳产卵的通道[47]。粗壮形态的第一节尾椎上的人字形骨缩小，很明显地用来是容纳生殖系统的产道，这特征也在鳄鱼身上出现[48]。最近几年，两性异形的证据被削弱。一个2005年的研究发现原先宣称鳄鱼的人字形骨特征是两性异形特征是错误的，使得拥有类似特征的暴龙的性别分类产生争议[49]。“苏”的第1节尾椎上有完全大小的人字形骨，而“苏”是个非常粗壮的个体，显示这特征并不能用来辨认这两种形态。因为暴龙的标本被发现于萨克其万省到新墨西哥州的地带，个体间的差异可能较适合显示地理差异，而非两性异形。这些差异也可能与年龄有关，较粗壮的个体可能是较年老的个体[1]。目前只有一个暴龙标本被认为确实属于某个性别。“B-雷克斯”标本的数个骨头内保存了软组织。某些组织被鉴定为髓质组织，髓质组织是种只存在于鸟类身上的组织，是钙质的来源，可在产卵期制造蛋壳。因为只有雌性个体产卵，髓质组织只存在于雌性鸟类体内；但在雌性个体制造荷尔蒙如雌激素的期间，雄性个体也有能力制造髓质组织。这个证据显示“B-雷克斯”是个雌性个体，并在产卵期间死亡[44]。最近的研究显示鳄鱼没有髓质组织，而鳄鱼是除了鸟类以外，恐龙的现存最近亲。鸟类与兽脚类恐龙共同拥有髓质组织，进一步证明了两者之间的演化关系[50]。

如同许多二足恐龙，暴龙在过去也被塑造成三脚架步态，身体与地面之间呈至少45度夹角，尾巴拖曳在地面上，类似袋鼠。这种三脚架步态起源于约瑟夫·莱迪在1865年所提出的鸭嘴龙重建，这是首次将恐龙描述成二足动物[51]。纽约市美国自然历史博物馆的前馆长亨利·费尔费尔德·奥斯本（Henry Fairfield Osborn）认为这些恐龙是以笔直的三脚架步态站立，于是在1915年首次发现暴龙完整化石后，提出笔直的三脚架步态概念。在接下来近一个世纪，该暴龙化石被塑造成笔直的三脚架步态，直到1992年才被重造[52]。到了1970年，科学家们认为直立的步态并不正确，因为没有任何现存动物能够长期维持这种笔直的三脚架步态，这种姿态将导致脱臼或数个关节的松脱，例如臀部、头部与脊柱间的关节[53]。尽管直立的三脚架步态并不正确，美国自然历史博物馆的标本仍然影响了许多电影与绘画，例如耶鲁大学的皮博迪自然历史博物馆的著名壁画“The Age Of Reptiles”[54]，由鲁道夫·札林格（英语：Rudolph F. Zallinger）所绘制。直到90年代，电影《侏罗纪公园》将更正确的暴龙步态传达给一般大众。目前的电影、绘画及博物馆模型都将暴龙塑造成身体与地面接**行的姿势，而尾巴高高举起，可以平衡头部的重量[20]。

在2006年，亚伯达大学的研究人员艾力克·斯内夫立（Eric Snively）、皇家蒂勒尔博物馆的唐纳德·亨德森（Donald Henderson）、以及卡尔加里大学的古生物学家道戈·菲利普斯（Doug Phillips）将暴龙科的头骨和牙齿数目与其他的物种作了比较。在其中一项针对恐龙头骨的结构力学研究中，科学家们使用电脑断层扫描对它们的牙齿弯曲强度、鼻部和头盖骨弯曲强度等项目进行了检查。研究的结果发表在期刊《波兰古生物学报》（Acta Palaeontologica Polonica）上。 斯内夫立的研究团队发现，暴龙科特有的固定、拱型鼻部骨头比其他肉食性恐龙的未固定鼻部骨头更为坚固。当其他的肉食性恐龙撕咬猎物时，它们的头部骨头可能会轻微地分开；而暴龙的固定鼻部骨头将所有的咬合力都传递到了猎物身上[55]。除了斯内夫立的团队以外，剑桥大学的古生物学家埃米莉·雷菲尔德（Emily Rayfield）博士也提出了固定鼻部骨头增强了暴龙咬合力的假设[56]。一只中等大小暴龙的头颅骨，甚至比更大型的肉食性恐龙的更为强壮；例如撒哈拉鲨齿龙的头部长度是暴龙的1.5倍，头颅骨的力量却比暴龙的小。当暴龙的颌部咬合时，将产生约200,000牛顿的咬合力。暴龙的颈部肌肉可以在一秒内，扭动头部45度，可将一个50千克的人甩到五米高。但这个数据是斯内夫立研究团队对暴龙肌肉力量的保守估计[55]。

在2005年3月份的《科学》杂志中，北卡罗莱纳州立大学的玛莉·海格比·史威兹（Mary Higby Schweitzer）与其同事宣布在一个暴龙腿部骨头的骨髓中发现了软组织。这个化石（编号MOR 1125，也名为“B-雷克斯”）是在海尔河组发现，化石年代为6800万年前。这个化石在装运过程中断裂，因此并没有以正常方式来保存。目前已经鉴定出分叉的血管，以及纤维状的骨头组织。此外，骨头组织中具有类似血球细胞的微小组织。这个骨头的结构类似鸵鸟的血球细胞与血管。关于这些组织的真实身分，研究人员目前还没有确定地做出定论[61]。如果这些软组织是未被化石化取代的生前组织，其中的蛋白质可用来间接获取恐龙的DNA信息，因为每一种蛋白都由特定的基因所编码。在发现这些化石软组织以前，传统的看法认为在化石化过程中所有的内部软组织都被取代，也没有发现过骨头内的软组织，因此过去未曾进行过相关的检验。自从这个发现以来，目前有另两个暴龙类与一个鸭嘴龙类化石被发现具有类似的软组织[62]。相关的软组织研究认为这个发现证明鸟类是暴龙科的近亲，而离其他现代动物较远[63]。在2007年4月份的《科学》杂志中，约翰·阿萨拉（John Asara）与其同事指出该暴龙骨头具有7种胶原蛋白质的痕迹，极为类似鸡，再来是青蛙与蝾螈。另外，这个团队曾在一个至少16万年前的乳齿象化石中发现了蛋白质痕迹，推翻了传统的看法，并使得许多科学家开始关注化石的生物化学。蒙特利尔麦吉尔大学的古生物学家汉斯·拉森（Hans Larsson）宣称这个发现是个里程碑，认为它将恐龙进入至分子生物学的研究领域中[64]。在2008年4月，哈佛大学的生物研究员Chris Organ宣称发现了暴龙与现代鸟类有紧密关系的证据。他指出越来越多的证据可证实暴龙的演化树位置介于短吻鳄与鸡、鸵鸟之间。共同研究人员约翰·阿萨拉也提出，暴龙较适合与现代鸟类归类于同一演化支，而非现代爬行动物，例如短吻鳄、绿鬣蜥[65]。在2008年7月份的《公共科学图书馆·综合》（PLoS One）杂志中，华盛顿大学的凯伊·托马斯（Thomas Kaye）等人对上述的暴龙软组织提出质疑。他们认为这些骨头中的软组织仅是细菌形成的生物薄膜，这些细菌生存在原本血管与细胞的空间[66]。托马斯等人认为这些结构被误认为是血球细胞，是因为带有铁的微球粒存在。他们在许多不同时期的其他化石中发现类似的微球粒，例如菊石。在菊石的案例中，他们发现的含有铁的空间与血液没有直接的关连[67]。

在2004年，科学期刊《自然》公布的一份研究，叙述了一种早期暴龙超科物种，奇异帝龙，化石发现于中国的义县组。如同许多在义县组发现的恐龙，帝龙的身体有一层覆盖物，被认为是种原始羽毛。暴龙与其他暴龙科近亲也被推测具有类似的原始羽毛。但在加拿大与蒙古所发现的成年暴龙科化石具有罕见的皮肤痕迹，由典型的卵石状鳞片所组成[68]。也有可能是幼年个体的身体某些部份覆盖者原始羽毛，但成长后脱落，最后身体缺乏隔离物，如同许多现代大型哺乳类，例如大象、河马、大部分的犀牛。根据霍尔丹法则（Haldane's principle），与身体体积相比，大型动物反而拥有较小比例的表面积，它们释放的热量温度较高，而吸收的热量温度较低；因此成长后的暴龙较易保持体内的热量。大型动物演化自温暖的环境，而用来隔离热量的羽毛会将过度的热量留在体内，造成体温过热。大型暴龙科恐龙，例如暴龙，可能在演化过程中失去原始羽毛，以适应温暖的白垩纪气候[69]。

如同大部分的恐龙，暴龙长久以来被认为是冷血动物。在1960年代晚期开始的恐龙文艺复兴最初几年，罗伯特·巴克（Robert T. Bakker）与约翰·奥斯特伦姆（John Ostrom）则提出了不同看法[70][71]。他们认为暴龙是种恒温动物，意味着它们具有非常活耀的生活方式[9]。之后，数个古生物学家试图计算出暴龙的调节体温能力。年轻暴龙的骨头组织显示出它们具有可与哺乳类与鸟类相近的高生长率，也支持暴龙拥有高代谢率的假设。暴龙的生长曲线在成年后趋缓，类似哺乳类与鸟类，而不是大部分其他脊椎动物的无限生长模式[43]。化石中的氧同位素比率有时可用来估计骨头沉积时的体温。在一个暴龙标本中，胸部脊椎与胫骨的氧同位素比率显示这些部位的体温差距不到4-5 °C。古生物学家瑞斯·巴立克（Reese Barrick）与地球化学家威廉·肖尔斯（William Showers）认为暴龙的体温差距小显示它们具有固定的内部体温，并且具有介于爬行动物到哺乳类之间的代谢率[72]。其他的科学家则认为年代久远的化石中的氧同位素比率可能会在化石化过程中遭到影响，不一定与它们原本的比率相同[73]。巴立克与肖尔斯则在后来的研究中替他们的结论辩护，他们宣称在不同大陆的其他兽脚类恐龙（早于暴龙约1000万年的南方巨兽龙）身上得到了类似的结果[74]。鸟臀目恐龙也具有恒温性的证据，但是相同地层所出土的巨蜥科蜥蜴则没有发现相关证据[75]。暴龙具有恒温性的证据不意味着它们是内温动物。这种体温调节可能是因为巨温性（Gigantothermy），如同某些现存的海龟[76][77]。

目前有两个的足迹化石被暂时归类于暴龙。第一个足迹化石位于新墨西哥州费蒙史考特牧场，是由美国地理学家查尔斯·皮尔默（Charles Pillmore）所发现。该足迹化石原本被认为属于鸭嘴龙科，但检验时发现了鸟脚下目所没有的大型脚后跟，这个脚后跟可能是暴龙类的上爪，也就是缩小的第四趾。这个足迹化石在1994年由马丁·罗克里（Martin Lockley）与阿德里安·亨特（Adrian Hunt）建立为遗迹属，Tyrannosauripas pillmorei。M. G. Lockley与A. P. Hunt认为该足迹化石非常可能是由暴龙所留下，如果属实，这将是暴龙的第一个已知足迹化石。这个足迹化石是踩在泥泞的湿地上的，长度为83厘米长，宽度为71厘米[78]。第二个足迹化石是在2007年由英国古生物学家菲力·曼宁（Phil Manning）所发现，位在蒙大拿州的海尔河组。这个足迹化石的长度为76厘米，较第一个足迹化石短小。海尔河组的大型兽脚类恐龙只有暴龙与矮暴龙，目前并不确定是否为暴龙所留下。一个尚未公布的完整研究将比较新墨西州与蒙大拿州的足迹化石[79]。

对于暴龙的移动方式主要有两个争议：暴龙的转弯能力，暴龙在直线奔走时的极速。两者都关系著暴龙是掠食动物或仅是食腐动物。一个近期的电脑模拟研究根据生物力学推算出暴龙的旋转范围很小，而且旋转速度慢。根据伦敦大学皇家兽医学院的生物力学专家约翰·哈钦森（John Hutchinson）的说法，暴龙必须花1到2秒才能旋转45度角，而完全直立、缺乏尾巴的人类可在一秒内旋转一圈[80]。因为暴龙的体重大部分离它的重心较远，好比一个扛者巨大木材的成年人，因而增加了转动惯量，造成暴龙转动上的不便；但暴龙可将背部拱曲，将头部、前肢尽量向身体靠，以减低转动惯量[81]。关于暴龙是否能够快速奔跑，以及能以多快的速度移动，则有许多互相冲突的研究。针对暴龙的行走极速，科学家们已提出各种不同的估计值，大部分约是每秒11米（时速40千米）左右，但有少部份估计值为每秒5到11米（时速17到40千米），或是高达每秒20米（时速72千米）。研究人员借由不同的方式去推算估计值，因为到目前为止所发现的大型兽脚类足迹化石几乎都采行走方式，没有一个是奔跑中的，这也许显示大型兽脚类无法奔跑[82]。认为暴龙可以奔跑的科学家主张，暴龙的中空骨头与其他特征可以减轻身体重量，可让成年体的体重维持在4.5公吨左右；而且，暴龙拥有长而灵活的腿部，类似鸵鸟与马，可用慢但大幅的步伐快速前进；此外，有些科学家认为暴龙的腿部肌肉比任何现存动物的还大，能够让它们高速奔跑（时速40到70千米）[83]。在1993年，杰克·霍纳与唐·雷森（Don Lessem）将暴龙的腿部结构与现存的动物做比较，提出暴龙不能奔跑，只能够行走。暴龙的股骨与胫骨的比例大于一，如同大部分的大型兽脚类恐龙，显示暴龙移动方式为行走，如同现代大象[58]。然而，根据托马斯·霍尔特（Thomas R. Holtz Jr）在1998年的研究，在中生代或第四纪的化石纪录中，暴龙科与其近亲是所有体重介于5到7公吨的动物里，胫骨与股骨比例、及跖骨与股骨比例最大的一种。以一个成年暴龙而言，它们的后肢似乎有点庞大。但是，若与其他类似大小动物的后肢相比，例如大象、三角龙、埃德蒙顿龙，暴龙的后肢则较为修长，并具有较长的胫骨与跖骨。与其他大型兽脚类恐龙相比，暴龙科的后肢较为修长。小型的暴龙科恐龙则更为修长；根据霍尔特的说法，最小的暴龙科恐龙独龙，与最大型的似鸟龙科似鸡龙，具有相近的后肢比例。此外，暴龙科拥有类似似鸟龙科的脚部。与其他大型兽脚类恐龙的脚部相比，暴龙科的脚部较小、较修长。暴龙科与其近亲的跖骨间的连接较稳固，能够比早期兽脚类恐龙，将更多的移动能量从脚掌传递到小腿（在趾行动物身上，跖骨负担部分小腿的功能）。当暴龙移动时，它们的腿部与脚部可以做出有效率的运动方式。霍尔特因此提出，相较于其他大型兽脚类恐龙，例如异特龙超科、斑龙超科、新角鼻龙类，暴龙更适合高速奔跑。但这并不意味暴龙能以一般想像中的高速奔跑，而是以高于猎物的速度奔跑。[84][85] 在1998年，佩尔·克里斯坦森（Per Christiansen）提出暴龙的腿部骨头只比大象的腿部稍微强壮，这限制了它们的最高移动速度，而且无法奔跑。克里斯坦森更提出恐龙的移动极速约为每秒11米（时速40千米），约是人类短跑选手的速度。但他也指出，这个估计值是根据许多可疑的假设算出来的[86]。在1995年，任职于印地安那州普渡大学韦恩堡分校的古生物学家詹姆斯·法洛（James Farlow）与其同事提出，暴龙的体重一般估计为4.5到7.2公吨，如果它们跌倒，身体将受到致命的冲击。它们的身体将以约60米/秒²的加速度撞击地面，这可能导致它们的死亡。此外，暴龙的小型前肢无法在跌倒时支撑身体[10][87][88]。虽然长颈鹿能够以时速50千米的速度奔跑[89]，但是在这个速度之下，脚部可能会断裂，即使是在动物园这种安全的地方跌倒，仍会造成致命的伤害[90]。因此必要时暴龙能够奔跑，但将会有风险[91][92]。

最近的暴龙移动方式研究都估计，暴龙的速度在每小时17千米（行走或慢速）到每小时40千米（中等奔跑速度）之间。例如，一个刊登于《自然》的2002年份研究利用数学模型推算暴龙以高速奔跑时所需要的腿部肌肉，该研究以短吻鳄、鸡、人类作为对照组[83]；两年后的类似研究另外加入鸸鹋、鸵鸟作为对照组[82]。他们发现暴龙若以时速40千米的速度奔跑，它们需要非常巨大的腿部肌肉，将占身体的40%到86%的体积。即使以中等高速奔跑，仍然需要大型的腿部肌肉。如果暴龙的腿部肌肉较小，它们可能以每小时18千米的速度行走或慢跑。但由于无法得知暴龙的腿部肌肉有多大，所以无法证实这个研究的结果[83]。在2007年8月，一个使用电脑推算的研究直接利用化石的资料，推算出暴龙的最高速度为每秒8米（每小时30千米）。略高于一个职业足球员的速度，而一个短跑选手可以每秒12米的速度奔跑。而此研究也发现，体重三千克的美颌龙能够以每秒17.8米（约时速70千米）的速度移动[93][94]，其化石可能是个幼年体[95]。支持行走假说的科学家估计暴龙行走的最高时速约每小时17千米，但这个数值仍比与暴龙同时代的猎物还快，例如鸭嘴龙类与角龙类[83]。此外，有些支持暴龙为掠食动物的科学家认为暴龙类的奔跑速度并不重要，因为它们的速度即使较慢，但仍比它们的猎物快[96]，或者它们是采取伏击的方式来攻击速度较快的猎物。在2000年，格里高利·保罗（Gregory S. Paul）与佩尔·克里斯坦森认为后期的角龙类具有直立的前肢，它们可能可以接近犀牛的速度奔跑[97]。由于曾经在角龙类的化石上发现暴龙的咬痕，而且咬痕已经痊愈，这被认为是暴龙攻击活生动物的证据。如果角龙类的奔跑速度快，暴龙应有相当的速度才能追捕这些动物[92]。