El sensor CMOS de formato DX de 20,9 MP se combina con el procesador de imagen EXPEED 6 para ofrecer una mezcla versátil de alta sensibilidad, calidad de imagen matizada y rápido rendimiento general. En valores nativos, un rango de sensibilidad de ISO 100-51200 permite trabajar en una amplia gama de condiciones de iluminación, y puede ampliarse hasta ISO 204800 para condiciones de extrema baja luminosidad. La mezcla de resolución y tamaño del sensor también contribuye a una calidad de imagen limpia y a transiciones de color suaves con ruido reducido en toda la gama de sensibilidad. Además de beneficiarse de la calidad de imagen, el procesador EXPEED 6 también ofrece una gran velocidad en todo el sistema de la cámara, incluyendo una tasa de disparo continuo de máxima resolución de 11 fps, así como un disparo de 30 fps a 8MP.

Además de la imagen, el diseño del sensor también incorpora un sistema de autoenfoque híbrido de 209 puntos, que utiliza métodos de detección de fase y de detección de contraste para enfocar con rapidez y precisión tanto en las aplicaciones de fotografía como de vídeo. Este sistema de enfoque también es compatible con el AF de detección de ojos, que utiliza el reconocimiento facial para ayudar a enfocar los ojos de los sujetos.