Matryca CMOS w formacie DX o rozdzielczości 12,3 mln pikseli pozwala rejestrować zdjęcia o wyjątkowej szczegółowości i sporządzać zachwycające wydruki o rozmiarach plakatów. Wbudowany układ automatycznego czyszczenia matrycy ogranicza do minimum wpływ kurzu na zdjęcia.

Mechanizm przetwarzania obrazu EXPEED służy optymalizacji wydajności działania aparatu i utrzymywaniu najwyższej jakości zdjęć.

Wysoka czułość (ISO 200–3200) z możliwością zwiększenia do odpowiednika ISO 6400 i obniżenia do odpowiednika ISO 100. Umożliwia stosowanie krótszych czasów otwarcia migawki w celu znacznego ograniczenia ryzyka rozmycia obrazu przy fotografowaniu szybko poruszających się obiektów lub wykonywaniu zdjęć w słabych warunkach oświetleniowych.

Aktywna funkcja D-Lighting zachowuje szczegóły w rozjaśnionych i zacienionych obszarach kadru, zapewniając doskonałej jakości zdjęcia o naturalnym kontraście. Można ją włączać manualnie lub automatycznie i ma cztery poziomy intensywności działania, m.in. bardzo wysokie.

Funkcja Picture Control umożliwia dostosowywanie wyglądu i nastroju wykonywanych fotografii. Do wyboru jest sześć ustawień: Standardowe, Żywe, Neutralne, Monochromatyczne, Portretowe i Krajobrazowe.

System rozpoznawania scenerii z funkcją wykrywania twarzy łączy dane z czujników autofokusa i pomiaru światła w celu precyzyjnego dobierania ekspozycji i wykonywania zdjęć o dużej ostrości. Ponadto wykrywa zarysy twarzy na potrzeby rejestrowania zdjęć portretowych i grupowych z naturalnie wyglądającymi odcieniami skóry.

Zaawansowane automatyczne ustawianie ostrości z użyciem wszechstronnego, 11-punktowego systemu autofokusa opartego na module Multi-CAM1000 umożliwia szybkie i dokładne ogniskowanie w dowolnej części kadru. Tryby pól AF sprawdzają się w większości warunków zdjęciowych i obejmują opcję Śledzenie 3D (11 punktów), która pozwala modyfikować kompozycję ujęcia już po ustawieniu ostrości na główny obiekt.

Tryb Live View z autofokusem ułatwia komponowanie zdjęć przy użyciu monitora LCD. Dostępne są trzy tryby AF: Priorytet twarzy przeznaczony do zdjęć portretowych (umożliwia wykrywanie maksymalnie pięciu zarysów twarzy w obrębie kadru), Szeroki plan do fotografowania bez statywu i Normalne pole do fotografowania z użyciem statywu.

Nowatorska funkcja D-Movie pozwala rejestrować filmy w formacie Motion JPEG (AVI)*. Duża matryca aparatu (w porównaniu z matrycami typowych kamer amatorskich) i wysoka czułość zapewniają wyjątkową jakość obrazu. Filmowanie można wzbogacić o techniki fotograficzne dzięki skorzystaniu z szerokiej oferty wymiennych obiektywów NIKKOR: od modeli typu „rybie oko”, poprzez szerokokątne, aż do superteleobiektywów, a nawet modeli Micro NIKKOR umożliwiających bardzo duże zbliżenia.

Trzycalowy monitor LCD o wysokiej rozdzielczości (920 tys. punktów) i kącie oglądania 170 stopni ułatwia korzystanie z funkcji Live View.

Zaawansowane programy tematyczne automatycznie optymalizują ustawienia aparatu, m.in. Przetwarzanie obrazu i Aktywną funkcję D-Lighting, pod kątem popularnych stylów, efektów i scenerii fotograficznych. Do wyboru są programy Portret, Krajobraz, Makro, Zdjęcia sportowe i Portret nocny.

Jasny wizjer z pryzmatem pentagonalnym o 96-procentowym pokryciu kadru i dystansie widzenia całej matówki wynoszącym 19,5 mm umożliwia precyzyjne komponowanie fotografii.

Szybkie reagowanie na polecenia: czas uruchamiania około 0,15 s, opóźnienie migawki 65 ms i prędkość zdjęć seryjnych 4,5 klatki na sekundę.

Rozbudowane menu retuszu udostępnia bogatą paletę efektów fotograficznych, m.in. „Rybie oko”, Korekta zniekształceń i Prostowanie. Oryginalne zdjęcie pozostaje niezmienione, a model D90 szybko i w prosty sposób tworzy jego duplikat, który można edytować i poprawiać za pomocą aparatu.

Wszechstronne funkcje odtwarzania, m.in. wbudowany pokaz slajdów Pictmotion, widok 72 miniatur, widok kalendarzowy i histogram, który można wyświetlać również dla powiększonych obszarów fotografii.

* Podczas rejestracji filmów autofokus jest niedostępny.