Morfologia Xu i współpracownicy zauważają, że jedną z głównych cech odróżniających ptaki od nieptasich teropodów są masywniejsze kończyny przednie, zapewniające większą powierzchnię nośną i w konsekwencji umożliwiające lot. Kończyny przednie anchiornisa osiągały 80% długości tylnych, kość ramienna była równie gruba i długa jak udowa, a ręka o 30% dłuższa od kości udowej. Nadgarstek anchiornisa budową bardziej przypominał nadgarstki ptaków niż nieptasich teropodów. Sugeruje to gwałtowną ewolucję budowy nadgarstka u przedstawicieli Avialae. Drugi odkryty osobnik jest bardziej kompletny od holotypu. Wykazuje wiele cech występujących również u troodontów. Podobnie jak Mei, Anchiornis miał m.in. duże nozdrza zewnętrzne, rozciągające się za przednią granicę otworu przedoczodołowego i zęby niemające piłkowania (cecha ta występowała także u innego troodonta – byronozaura). Niektóre cechy budowy czaszki anchiornisa nie występowały u innych troodontów, były za to obecne u dromeozaurów. Szkielet pozaczaszkowy wykazywał kilka cech występujących u Troodontidae, ale również u archeopteryksa i niektórych dromeozaurów.