A Nikon első, nagy felbontású videorögzítésre képes FX-formátumú fényképezőgépének kiváló érzékenységű, 12,1 megapixeles, FX-formátumú CMOS-érzékelője ISO 200 és 12 800 közötti érzékenységgel rendelkezik. A D3S gyenge fényben is jól teljesít, ez az első fényképezőgép, amely három további érzékenységnövelő beállítást kínál, egészen a Hi-3 értékig (ez a hihetetlen ISO 102 400 érték elérését jelenti). A D-videó funkció jó minőségű videókat készít külső mikrofon segítségével akár sztereó hanggal, valamint a Kiválasztott képkocka mentése opció révén a hatékony munkát is segíti. A rögzített felvételek formátuma 720 képpont / 24 kép/mp, motion JPEG. Sztereó hangbemenet is használható. A Nikon híres 51 pontos AF-rendszere gyenge fényben is nagy érzékenységet, valamint még gyorsan mozgó téma esetén is kiemelkedő témakövetési képességet kínál. A D3S kontrasztérzékelő AF-rendszere most már videorögzítés közben és Élő nézet módban is automatikus élességállítási támogatást nyújt. Fejlett képérzékelő-tisztító funkció csökkenti a por felhalmozódásának lehetőségét, a rugalmas fotózást pedig három kivágási mód segíti. A fotós az alábbi beállítások közül választhat: 5:4 (30x24), 1,2x (30x20) és DX (24x16). Az új kivágási módot úgy tervezték, hogy az objektíves nagyítás és a kissé csökkentett fájlméret praktikus kombinációját adja. Az EXPEED képfeldolgozó motor és a bőséges puffer jóvoltából a gép akár 9 kép/mp sebességű, hosszabb sorozatfelvételre képes. A RAW (NEF) formátumú fájlokra az alábbi beépített képbeállítások alkalmazhatók: JPEG tömörítés, Méret, Fehéregyensúly, Expozíciókompenzáció, Picture Control, Zajcsökkentés, Színpaletta, és Vignettáció szabályozás. A D3S-t tartós, az illesztéseknél jól szigetelt magnéziumötvözet váz védi a külső behatásoktól.

Főbb jellemzők:
 

• 12,1 megapixeles, FX-formátumú (teljes méretű) CMOS-érzékelő jó jel-zaj viszonnyal, széles dinamikatartománnyal és 12 csatornás adatkiolvasással.
• ISO 200–12 800: a Hi-3 beállítással ISO 102 400 egyenértékig, a Lo-1 beállítással ISO 100 egyenértékig kiterjeszthető.
• 9 kép/mp sebességű sorozatfelvétel (11 kép/mp DX-kivágás módban).
• D-videó funkció nagy felbontású (HD) videókhoz akár sztereó hanggal (kompatibilis sztereó mikrofon szükséges). Szerkesztés kezd/leállít és Kiválasztott képkocka mentése funkció, valamint az AF támogatása Állvány módban.
• Multi-CAM3500FX 51 pontos AF-rendszer: egyenként választható és konfigurálható 9 pontos, 21 pontos és 51 pontos beállításokkal.
• EXPEED képfeldolgozó motor 14 bites A/D konverzióval és jó tónusátmeneteket kínáló, 16 bites képfeldolgozással.
• 920 000 képpontos VGA LCD-monitor széles, 170 fokos megtekintési szöggel.
• Három kivágási mód: DX-formátum, 5:4 képarány és 1,2x. A DX-kivágás mód automatikusan is bekapcsolható DX-formátumú objektív felhelyezésekor.
• A beépített RAW feldolgozás időt takarít meg az utómunka során, mivel használatával még a fényképezőgépben alkalmazhatja a következő beállításokat a RAW (NEF) fájlokra: JPEG tömörítés, Méret, Fehéregyensúly, Expozíciókompenzáció, Picture Control, Zajcsökkentés, Színpaletta, és Vignettáció szabályozás.
• Csendes felvétel mód: diszkrét fotózáshoz, észrevehetően csökkenti a fényképezőgép működési zaját a tükör visszatérésekor.
• Nagy pontosságú, strapabíró, Kevlar/szénszálas kompozitból készült zárszerkezet: 300 000 cikluson át szabványosan tesztelt, 1/8000 másodperces minimális záridővel és legfeljebb 1/250 másodperces maximális vakuszinkron-sebességgel.
• HDMI-videokimenet segíti a nagy felbontású videorendszerekhez való csatlakoztatást.
• Tartós magnéziumötvözet váz óvja a gépet az időjárás viszontagságaitól.
• Vezeték nélküli LAN és Ethernet támogatása a külön beszerezhető WT-4 vezeték nélküli jeladón keresztül.