配備了與D7000相同的1620萬像素CMOS傳感器和Expeed 2圖像處理器，D5100把入門數(shù)碼單反相機(jī)的指標(biāo)全面提升。
D5100采用了APS-C畫幅(23.6×15.6mm)1620萬有效像素CMOS傳感器，感光度為ISO 100至ISO 6400，最高可增至Hi 2（相當(dāng)于ISO 25600）。機(jī)身背面采用92萬像素3.0英寸可水平翻轉(zhuǎn)液晶顯示屏，可向側(cè)面開啟0°-180°，開啟后，可順時針旋轉(zhuǎn)至最大90°，逆時針旋轉(zhuǎn)最大 180°。
與D5000的可翻轉(zhuǎn)液晶顯示屏不同的是，D5100液晶屏翻轉(zhuǎn)方式在機(jī)身的旁邊而不是底部，因而可翻轉(zhuǎn)角度更靈活，讓攝影師更加方便使用不同拍攝角度。
