Nikоn D5100 to następca popularnej lustrzanki D5000. Nowy, obrotowy ekran LCD pozwala na dobór odpowiedniego kadru w trybie podglądu na żywo (Live View) i gwarantuje łatwość fotografowania pod każdym kątem. Ułatwieniem dla początkujących jest tryb automatyczny z możliwością wyboru programów tematycznych, dopasowujących ekspozycję do panujących warunków. Duża rozdzielczość monitora o przekątnej 7,5 cm (około 921 tys. punktów) zachęca do przeglądania zdjęć i filmów bezpośrednio w aparacie.

Użytkownicy D5100 mogą skorzystać z kilku efektów specjalnych, stwarzających ze zwykłych fotografii i filmów niezwykłe kreacje. Wśród tych siedmiu łatwo dostępnych rozwiązań warto wymienić następujące: scena nocna; szkic kolorowy; efekt miniatury; wybrany kolor; sylwetka; rozjaśnienie; przyciemnienie.

Ponieważ przycisk D-movie został umieszczony obok spustu migawki, przechodzenie od fotografowania do nagrywania filmów jest teraz jeszcze łatwiejsze. Nikon D5100 rejestruje obraz wideo w pełnej rozdzielczości HD (1080p) z szybkością do 30 klatek na sekundę. Dzięki trybowi AF-Full time ostrość jest ciągle ustawiana podczas rejestrowania obrazu. Opcjonalny mikrofon stereofoniczny Nikon ME-1 zapewnia z kolei wysokiej jakości, pozbawiony szumów dźwięk stereofoniczny. Nagrania można modyfikować bezpośrednio w aparacie, bez konieczności korzystania z komputera, zaś wbudowane złącze HDMI pozwala na przeglądanie ich na ekranie telewizora.

Nikon D5100 ma szeroki zakres czułości ISO - od 100 do 6400, z możliwością zwiększenia do ISO 25600 przy ustawieniu Hi 2. Został wyposażony w matrycę CMOS w formacie DX o rozdzielczości 16,2 mln pikseli oraz efektywny mechanizm przetwarzania obrazu EXPEED 2. Umożliwia to uzyskanie zdjęć bardzo dobrej jakości, o niskim poziomie szumów, bogatych kolorystycznie, nawet przy słabych warunkach oświetleniowych. Przy dużych kontrastach pomocna okazuje się funkcja D-Lighting oraz opracowana przez firmę Nikon funkcja HDR, rejestrująca dwa obrazy o różnej ekspozycji, które następnie są łączone w jeden.

Aparat proponuje cztery tryby pól AF, w tym śledzenie 3D. Posiada szybki i dokładny 11-punktowy system autofocusa. Pozwala to na zapewnienie doskonałej ostrości w każdych okolicznościach.