Le D3 intègre un capteur CMOS ultra-sensible de 12,2 millions de pixels, avec une sensibilité étendue de 200 à 6400 ISO. De plus, son obturateur en composite Kevlar/fibre de carbone et son processeur de traitement d'images EXPEED permettent une prise de vue à une vitesse stupéfiante de 9 vps (11 vps en mode Recadrage DX). Son système perfectionné de reconnaissance des scènes garantit une exposition parfaite, grâce également au système AF Nikon à 51 points, lequel offre une couverture étendue et une sensibilité élevée par faible luminosité. Des commandes paramétrables d'optimisation rationalisent le traitement intégré des images, ce qui permet un gain de temps en post-production. De plus, son moniteur ACL haute définition de 3 pouces prend en charge 2 modes LiveView plus une sortie vidéo HDMI.