L'olotipo UMNH 20200 proviene dalla Wahweap Formation (Utah meridionale) si compone di mascella destra, entrambi i nasali, frontale destro,jugale sinistro,osso quadrato,laterosfenoide destro, dentale,spleniale, surangolare e prearticolare sinistri, una costola dorsale, uno chevron caudale, pube, tibia, fibula e metatarsali II e IV sinistri.
Il taxon è diagnosticato dalle seguenti sinapomorfie:
1)Margine laterale del mascellare sigmoidale
2)Rapporto tra larghezza trasversale della porzione anteriore del nasale e quella mediale superiore a 2,5.
3)Superfici di contatto prefrontali e postorbitali del frontale separati solo da un solco stretto ma profondo.
4)Presenza di flange suboculari distinte sullo jugale.
Inoltre Lythronax presenta unacombinazioni di caratteristiche uniche che lo differenziano da ogni altro Tyrannosauridae.
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