D3配备了尼康开发的大尺寸CMOS影像感应器，具有1,210万有效像素，标准设置下感光度范围为ISO 200-6400。在图像处理系统方面采用了综合的数字影像处理概念EXPEED，它是尼康所积累的知识和技术的继承与优化。D3 所提供的高图像品质和高速图像处理能力，是传统的数码单反相机还无法实现的。

　　D3 能以每秒约9幅的速度连续拍摄1,210万像素的图像。此外，选择[DX 格式 (24 x 16)] (510万像素)时，每秒可拍摄约11幅。 图像品质、感光度和速度所具有的这些先进特征，使 D3 能满足包括专业用户在内的各类客户的多样化需要。

全新的FX格式（全画幅）传感器

　　尼康D3采用了一款全新设计的FX全画幅传感器，具有比以往的DX传感器更优秀的成像信躁比表现。同时，整合在芯片上的降噪电路使尼康D3能获得更加出色的低躁点表现。这块全新的FX全画幅传感器支持200-6400的ISO感光度，并且可以通过内部软件设置，使感光度扩充到ISO 100-25600。

全新的EXPEED影像处理系统

　　D3中装备了EXPEED的影像处理系统，提供比以往型号更加高速和高质的处理能力。全新的EXPEED影像处理系统蕴含了尼康多年以来的影像处理技术积累，提供了14比特的模拟数字转换处理能力，使得D3拍摄的影像具有更加丰富的色彩和更精细的细节。

全新的51区域自动对焦系统

　　尼康D3的一大重要升级，在于这块名为Multi-CAM3500的全新自动对焦系统。它提供了目前业界最高的51点自动对焦，比佳能1D系列的35个自动对焦点有较大的提升。尼康通过对体育运动场景的长期研究，将其最新的研究成果应用在这块全新的自动对焦模块上，配合简单易用的8向方向键，能轻松地捕捉和追踪高速运动的主体，充分考虑到了体育记者们的需要，使得体育赛场摄影长期被佳能垄断的地位逐步动摇。

最高速的连拍和更耐用的快门

　　尼康D3采用了全新设计的新型高速快门，拥有目前尼康数码单反产品中最高的连拍速度，在全画幅情况下最高可达9张/秒，比佳能速度最快的全画幅单反1Ds Mark III的5张/秒要快，是目前连拍速度最高的全画幅数码单反。而当D3使用DX画幅（就是APS画幅）进行拍摄的时候，连拍速度还可以进一步提升到11张/秒。同时，快门时滞也降低到了41毫秒（根据CIPA标准测定），快门的耐用性也同时提高到了30万次。

更优秀的图片控制能力

　　尼康在D3中大大加强了对JPEG格式影像的控制能力，让用户能在机内对JPEG的处理和压缩进行详细的调整，同时还引入了以前运用在消费数码相机上面的D-Lighting系统，能在机内对图片的对比度进行自动调整，在保持阴影和高光细节的同时，也控制了对比度的溢出。

全新的HDMI接口和3英寸超高清屏幕，支持LCD取景

　　尼康D3加入了HDMI接口，可以将拍摄的照片轻松地在支持HDMI接口的液晶电视或者投影机进行回放，方便了照片的共享与交流。同时，尼康D3装备了一块3.0英寸的92万像素液晶显示屏，提供了170度的可视角度，而且还能通过LCD进行实时取景，在实时取景的时候还可以进行自动对焦，对焦点可以像消费DC一样自由选择，比佳能和奥林巴斯的实时取景又要更进一步。

双CF卡插槽，可以同时进行双卡读写操作

　　尼康D3装备了两个独立的CF卡插槽，支持同时对2张CF卡进行数据的读写。和佳能的旗舰产品一样，用户可以将RAW格式的文件和JPEG文件同时存放在不同的CF卡中，也可以将图片的两个备份写入到2张CF卡中。