D2X的图像传感器使用索尼制1240万有效像素的CMOS，大小仍然是尼康称为DX格式的APS-C大小，像素大小为5.49μm，基本上可以对应所有尼康F卡扣镜头。由于使用了4通道独立数据，所以能够实现高速数据读出。使用全像素时候可以每秒连续拍摄5张，而只使用中央的6.8万像素区域拍摄时可以实现每秒8张的超高速连拍。使用JPEG格式进行可以连续拍摄19张，RAW格式则可以连拍15张以上。

　　虽然像素间距非常小，但是D2X的噪点处理仍然十分强劲，标准ISO感度为100～800，并且可以扩张到ISO1600或3200。据尼康公司称，D2X在ISO400时的噪点比佳能EOS 1D MarkII要少，在ISO800时处在同等水平。

　　D2X使用了尼康最新开发的高速画像引擎，有效的抑制了摩尔纹以及伪色的产生，并且能够在保证影调的基础上进行16bit演算，另外机内缓存也使用了DDR-SDRAM，提高了处理及存储的高速化，另外颜色空间也首次对应sYCC。