Nowe modele wyposażono w matrycę CMOS o rozdzielczości 36,3 megapiksela o szerokim zakresie czułości ISO (100-?6400), mechanizm obróbki obrazu Expeed 3 oraz funkcję filmowania w rozdzielczości Full HD z dźwiękiem stereo. Dodatkowo, Nikon D800E został wyposażony w filtr optyczny z usuniętymi funkcjami antyaliasingu. Wszystko to zamknięte w korpusie ze stopu magnezu, chroniącego przed wilgocią i kurzem.
Za pomocą nowych aparatów filmy w rozdzielczości Full HD (1080p) można nagrywać z prędkością 30, 25 i 24 klatek na sekundę, z opcjonalnymi prędkościami 60, 50 i 25 klatek na sekundę przy rozdzielczości 720p. Ujęcie filmowe może mieć długość niemal 30 minut.
Lustrzanki wyposażono w wyjście HDMI, dzięki czemu możliwy jest równoległy podgląd nieskompresowanego obrazu na zewnętrznych monitorach oraz zapis na zewnętrznych nagrywarkach. Dane są przekazywane w wybranej wielkości i z wybraną prędkością (liczbą klatek na sekundę), bez nakładki zawierającej informacje, która może być jednocześnie wyświetlana na monitorze TFT aparatu.
Aparaty oferują system rozpoznawania scenerii z nowym czujnikiem RGB 91000 pikseli, który został wyposażony w funkcję rozpoznawania ludzkich twarzy, dostępną również przy użyciu samego wizjera optycznego, a także rozpoznawania barwy i jasność scenerii.
Ponadto lustrzanki oferują system AF Multi-CAM 3500FX, umożliwiający wybór poszczególnych punktów pomiaru lub skonfigurowania zestawu 9, 21 lub 51 punktów. Czujnik autofokusa i algorytmy poprawiają czułość podczas robienia zdjęć w słabych warunkach oświetleniowych do -2 EV (ISO 100, 20°C). Działanie AF jest możliwe także przy łącznej wartości przysłony wynoszącej f/8 (np. przy połączeniu obiektywu AFS 600 mm f/4 z telekonwerterem 2x TC-20EIII) z 11-polowym systemem autofokusa oraz z 15-polowym systemem autofokusa z przysłoną w zakresie f/5,6 - f/8.
Uruchomienie aparatu zajmuje ok. 0,12 s, a opóźnienie czasu zwolnienia migawki zostało zredukowane do ok. 0,042 s, z funkcją zdjęć seryjnych z prędkością ok. 4 kl./s w formacie FX i trybami przycinania – ok. 6 kl./s w trybie przycinania w formacie DX podczas używania opcjonalnego wielofunkcyjnego pojemnika na baterie MB-D12.
Nowe lustrzanki wyposażono w szerokokątny monitor LCD o przekątnej 8 cm (3,2 cala) i rozdzielczości ok. 921 tys. punktów z funkcją automatycznego sterowania jasnością. Obrazy można powiększać podczas odtwarzania 46-krotnie.
Data wprowadzenia do sprzedaży oraz cena aparatów Nikon D800 i Nikon D800E nie zostały jeszcze ustalone.
