Tyranozaury stosunkowo nagle zaczęły osiągać znaczne rozmiary w kredzie późnej, a ich ewolucyjny sukces i dotarcie na szczyt łańcucha pokarmowego umożliwiły rozwój mózgu i zmysłów jeszcze za czasów wcześniejszych, dużo mniejszych przodków. Niewielki rozmiar Timurlengia wskazuje, że tyranozauroidy rozwinęły swoje duże rozmiary w ciągu ostatnich 20 mln lat ewolucji. Nie wiadomo jednak dokładnie, co zainicjowało tak nagły wzrost wielkości tych zwierząt.
Analizując mózgoczaszkę holotypu Timurlengia, Hans-Dieter Sues wysunął hipotezę, że prawdopodobnie pierwszym obszarem, w którym zaszły ewolucyjne zmiany tyranozauroidów, była głowa. Czaszka Timurlengia, mimo że dużo mniejsza niż czaszki jej późniejszych krewnych, kryła rozwinięty mózg, umożliwiający wyostrzenie wzroku, węchu i słuchu. W czasie, gdy tyranozauroidy rozwijały wyostrzone zmysły i zdolności poznawcze, pozostałe duże mięsożerne dinozaury, jak np. karnozaury, znikały ze środowiska bądź wymierały, tworząc na szczycie łańcucha pokarmowego niszę, wypełnioną później przez tyranozaury. Tyranozaury były więc niejako przygotowywane przez ewolucję do przejęcia dominującej pozycji w swoich ekosystemach, ale dopiero gdy w naturalny sposób zniknęła ich konkurencja w postaci większych teropodów.