尼康D800此次搭载了3630万有效像素FX格式CMOS 图像传感器(35.9 x 24.0 mm)。该像素值是目前全画幅(36 x 24 mm)数码单反相机中最高的。大约是上一代D700(1210万有效像素)的三倍。由于像素大幅提升,传感器面积不变的情况下,像素尺寸也缩小很多,D800为4.88微米(D700:8.54微米;5D3:6.25微米),该尺寸其实与D7000的4.8微米接近(APS-C画幅 1620万有效像素)。
尼康D800与D4相同采用改进版Multi-CAM 3500FX 自动对焦感应器模块。之所以称为改进版,是因为1,其侦测下限达到-2 EV (ISO 100, 20℃) ;2,11点兼容F8光圈。前者对焦系统暗部对焦能力大有提升,而后者该对焦系统位于中线的五个中央对焦点和其左右各三个对焦点与f/8光圈兼容。当将2 倍的增距镜与经常用于体育摄影的超远摄尼克尔镜头组合时,有效光圈值为f/8,即便如此,仍可实现高精确度的对焦。该兼容可以说直接针对佳能(美国)首席技术顾问Chuck Westfall谈到的EOS-1DX不支持最大光圈小于f/5.6镜头自动对焦。