尼康D810采用和上代相同的感光元件，规格为35mm全画幅3630万像素的CMOS，不过在此之上有小幅改进，使得这块CMOS现在能够接受更多光信号，标准感光度范围提升到ISO 64-12800，扩展感光范围则为ISO 32-51200，相比D800/D800E的ISO 100-6400有着近一档的提升。新的D810采用了已经在D4S/D5300上使用的EXPEED 4图像处理器，相较于EXPEED 3在处理速度上有着30%的提升，连拍速度相比D800/D800E有着小幅的提升，随之对焦系统也与D4S相同，加入了群组区域对焦模式。

而在其他方面D810相较于上代D800/D800E都有着小幅的进化：重新设计了机身模具，小幅调整了按键形状和位置并调整了手柄轮廓，提升手感；原先的OVF光学取景器叠加了OLED液晶显示，在维持更为靠谱的光学取景器的同时增加了信息显示功能；同为3.2英寸的640x480液晶屏加入了白光像素，总像素由92升级到123万；新的快门组件减少了机器震动和时间滞后，可用“电子前帘”功能，在此模式下快门速度可达到1/2000秒，并加入了静音连拍模式；加入对小尺寸RAW文件格式的支持，可将最大分辨率照片以1/4分辨率规格存储，文件大小减少为1/2；而在视频拍摄方面还是维持了1080P的最高规格。