顾氏小盗龙正型标本全长仅约77厘米，食性为肉食。躯干相对较短，仅为后肢长的44%～50%，尾比身体长；其以桡骨具突出的二头肌结节、前肢第Ⅰ指很短、单一胸骨平且大、耻骨强烈弯曲、胫骨拱曲等可与赵氏小盗龙相区分。顾氏小盗龙最引人注目的特征是其身体上除了发育着绒羽状羽毛外，在其前、后肢及尾后部还发育着非常长的扇形飞羽或尾羽。其前肢上飞羽的分布形式与现代鸟类的相似，初级飞羽约12枚，次飞羽约18枚；前者明显长于后者，前肢外侧的飞羽羽片呈不对称状而内侧的飞羽羽片对称。最不寻常之处是其后肢股骨、胫骨及骨上亦发育有很长的羽毛，其中骨上的最长且其外侧的亦呈不对称状，与前肢上的飞羽类似。第15～18尾椎以及之后的尾椎上发育较长的尾羽，向后逐渐变长。这种羽毛分布形式表明从兽脚类恐龙向鸟类的演化过渡之中，可能经过了一个四翼阶段，同时也表明这类小型的奔龙类可能已具备了一定的滑翔能力。科学家推测，它们利用四肢覆盖的羽毛，可以从一棵树飞行到另外一棵树——这有点类似于今天鼯鼠的“飞行”方式。
2003年1月23日出版的《自然》杂志封面文章发表中国科学院古脊椎动物与古人类研究所发现的四翼恐龙，文章中徐星等人将四翼恐龙命名为“顾氏小盗龙”。属名“小盗龙”有小偷之意，种名“顾氏”则是为纪念为热河生物群做出重大贡献的中国著名古生物学家顾知微院士。
争论
“树栖假说”，即鸟类的祖先栖息在树上，借助于羽毛，它们能从树“滑翔”下来，逐渐进化出了主动飞行的能力。
“地栖假说”，这一理论认为鸟类的祖先生活在地上，它们肢体上的羽毛有助于行动，帮助捕食或者逃避捕食者。经历了一个高速奔跑的阶段之后，最终演化出飞行的本领。通过仔细研究“顾氏小盗龙”等带羽毛恐龙的化石标本。
徐星博士认为，“顾氏小盗龙”的发现为“树栖起源滑翔说”提供了最直接的化石证据。
2005年10月16日，在盐湖城举行的美国地质学会年会上，得克萨斯州科技大学的古生物学家萨克·查特吉等人提出的一个新的理论：在滑翔中，顾氏小盗龙的后翼呈Z型横（侧）排列，在前翼下方起稳定作用，这个构造活像一架双翼机但是有人认为这些原始的驰龙科不能滑翔。
顾氏小盗龙的发现是鸟类起源于恐龙的主要证据。它长了四个翅膀，可以在空中滑翔，最终变成了飞行。这么多的翅膀，在鸟类中也是很少见的。
