Принципиально новая 36.3 Мп CMOS-матрица без низкочастотного оптического фильтра обеспечивает превосходную детализацию изображений. Она отличается высокой скоростью считывания данных, широким динамическим диапазоном и обеспечивает четкость изображений при больших значениях чувствительности. Система обработки изображений EXPEED 4 обеспечивает улучшенную прорисовку изображений и чувствительность ISO, а также позволяет использовать более высокую частоту кадров при съемке видеороликов. 51-точечная система АФ Multi-CAM 3500FX обеспечивает переключение между 9, 21 и 51-точечным покрытием кадра и сохраняет чувствительность вплоть до −2 EV (ISO 100, 20 °C). Усовершенствования, характерные для данной системы АФ, включают улучшенную блокировку, усовершенствованную функцию сохранения ориентации и параметры ограничений режима АФ. Пятнадцать датчиков перекрестного типа, расположенные по центру, совместимы с объективами AF NIKKOR с максимальной светосилой f/5.6 или выше, а 11 центральных точек фокусировки работают при светосиле f/8.