Der Baumhöhlen-Krötenlaubfrosch gehört innerhalb der Ordnung der Froschlurche (Anura) zur Familie der Laubfrösche (Hylidae).

Einige Arten der heutigen Gattung Trachycephalus wurden bis zu einer umfassenden Revision der Familie Hylidae im Jahr 2005 unter dem Namen Phrynohyas geführt.

Der nachtaktive Baumhöhlen-Krötenlaubfrosch erreicht eine Größe von bis zu 8 Zentimetern. Seine dunkelbraune Grundfärbung ist mit weißen Querbändern, Flecken und Punkten durchzogen. Die Bauchseite ist cremefarben, die zu den Flanken hin bläulich schimmert. Die Füße mit den Haftscheiben, mit denen sie sich an Blättern und Ästen festhalten, sind ebenso bräunlich gefärbt sowie mit einem bläulichen Schimmer versehen. Die auf dem Rücken befindlichen Drüsenwarzen (Parotiden) sondern ein klebriges Hautsekret ab, das zur Abwehr von Fressfeinden eingesetzt wird. Aufgrund ihrer sehr großen Schallblasen sind Männchen in der Lage, ausgesprochen laute Töne von sich zu geben.

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