D90とほぼ同じサイズのボディへ新開発のDXフォーマット（23.6×15.6ミリ）有効1620万画素CMOSセンサーや新AFシステム、フルHD撮影機能などを搭載したミドルクラスのデジタル一眼レフカメラ
AF センサーには、新開発の中央部は 9 点クロス／39 点測距の「マルチ CAM4800DX オートフォーカスセンサーモジュール」を搭載。2016 分割の測光センサーと相まって高い追尾／捕捉性能を誇る。なお、利用時にはフォーカスポイントを 1／9／21 点に限定（シングルポイント AF ならびにダイナミック AF 時）して利用することもできる。
ライブビューおよび動画撮影時には常時 AF サーボ（AF-F）によって、開始と同時に AF がスタートする仕組みとなっており、AF モードは顔認識AF を含めた 4 つより選択可能。顔検出は最大 5 人までを認識する。
動画は 1920×1080 ピクセルのフルハイビジョン撮影まで行える。動画コーデックは MPEG-4/H.264 でファイル形式は.MOV。背面にはライブビュー／動画撮影ボタンが設けられており、ワンアクションでライブビュー／動画撮影を開始できる。
連写は 6 コマ／秒、最大約 100 コマの撮影が可能。新開発されたシャッターユニットはシャッタースピード 1／8000～30秒、レリーズテスト 15 万回クリアと D300S 同等の能力を持つ。ファインダーの視野率は約 100％で、倍率は 0.94 倍。アイポイントは 19.5 ミリ。
ボディサイズは約 132（幅）×105（高さ）×77（奥行き）ミリ／約 690 グラムと、ほぼ D90 と同じ。上面と背面カバーの素材にマグネシウムを用いることで剛性を高めており、各所にはシーリングが施されており防じん防滴性能も確保されている。
記録メディアは SD メモリーカードで、2 枚の SD メモリーカードをセットできるダブルスロット構成となっており、1 枚一杯なったら記録するカード切り替える「順次記同時に 2 枚のカードへ記録する「バックアップ記録」、JPEG／RAW をそれぞれのカードへ記録する「RAW＋JPEG 分割記録」を選択できる。
| 撮像素子 | 23.6×15.6 mmサイズCMOSセンサー×1
有効画素数 1620万 |
| 光学系 | レンズマウント ニコンFマウント
シャッター速度 1/8000～30秒，バルブ
手ぶれ補正 なし
モニター 3型
ファインダー インチ（視野率 約100％，約0.94倍）
内蔵フラッシュ（ガイドナンバー：約12） |
| 画像処理系 | ISO感度：100～6400
顔認識機能 |
| 静止画記録 | 最大解像度（4928×3264 ピクセル）
記録方式 JPEG,RAW
連写（最大約 6コマ／秒、最大 100コマ） |
| 映像記録 |
記録方式 H.264/MPEG-4 AVC（リニアPCM，内蔵モノラルマイク，ステレオ外部マイク対応） |
| 記録メディア | SD／SDHC／SDXCカード（ダブルスロット）×2 |
| インターフェース | USB2.0端子×1
AV端子×1
HDMI端子×1
アクセサリーターミナル×1
外部マイク×1 |
| 本体サイズ | （幅）132（奥行）77×（高さ）105ミリ |
| 本体重量 | 約 780グラム |
| 電源 | リチウムイオンバッテリーパック×1 |
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