Принципиально новая 36.3 МП CMOS-матрица без оптического низкочастотного фильтра обеспечивает превосходную детализацию изображений. Она отличается высокой скоростью считывания данных, широким динамическим диапазоном, а также 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 этой системы АФ, включают улучшенную блокировку, усовершенствованную функцию Сохранение по ориентации и параметры ограничений режима АФ. Пятнадцать датчиков перекрестного типа, расположенных в центре, совместимы с объективами AF NIKKOR с максимальной светосилой f/5.6 или выше, а 11 центральных точек фокусировки работают при светосиле f/8.
Nikon D810 — первая цифровая зеркальная фотокамера, в которой диапазон чувствительности начинается со значения 64 единицы ISO, что позволяет добиться более высокой четкости изображений. Можно снимать с чувствительностью до 12 800 единиц ISO или расширить диапазон чувствительности — от 32 до 51 200 единиц ISO (в эквиваленте).
Создание видеороликов стандарта Full HD (1080p) с частотой кадров 50p/60p. Во время видеосъемки можно использовать весь диапазон значений чувствительности ISO, начиная с 64 единиц ISO, а также управлять выдержкой, диафрагмой и уровнями звука.
Фотокамера Nikon D810 включается приблизительно за 0.12 секунды, задержка срабатывания затвора составляет всего 52 мс. Затвор из сплава углеродного волокна и кевлара проверен в цикле 200 000 срабатываний и позволяет использовать выдержку в диапазоне от 1/8000 с до 30 с, с синхронизацией вспышки при выдержке 1/250 с и длиннее.