由于采用了全新的EXPEED 2TM影像处理器，尼康D5100还可胜任 1080p Full HD全高清短片的录制能力。 除了以上的改动变化之外，尼康D5100针对夜景弱光拍摄，设置了全新的夜景拍摄模式。相机可在原本最高ISO 6400的基础上，将感光度提高到ISO 25600进行拍摄。

在提升静态拍摄性能的同时，D5100对视频拍摄功能也进行了升级。新产品采用H.264/MPEG-4 AVC编码方式，可以拍摄1920*1080/30fps的高画质视频。此外，D5100还可从视频文件直接截取出照片的功能，支持摄像状态下的自动对焦，以改进型的测光方式提高了视频拍摄时的自动曝光精度，并能使用ME-1外置麦克风。

取景系统方面，D5100采用了和D5000一样的95%视野率、0.78倍放大率的五面镜取景器，但其可旋转LCD则升级到了3英寸、92万像素（NTSC色域：70%、对比度：1000：1），并且旋转轴从D5000的下方移到了左侧（避免与某些云台配合时影响屏幕翻转，此举同时让D5100的高度相比D5000降低了7mm）。

此外，还为了满足不少用户对高动态画面的追求，尼康D5100也内置了HDR模式，同拍摄2-3张不同曝光的照片进行快速机内合成，以获得最佳的HDR图片效果。而动态D-LIGHTING与HDR可以选择结合使用，获得更为戏剧性的画面表现。

其他方面，D5100采用和D3(报价参数评测图库)100、P7000一样的EN-EL4电池（可拍摄约500张照片，它在连拍速度上没有改变，但连拍数量有所提升（JPEG：100/RAW：16）。同时，它还支持SDXC存储卡（兼容UHS-I）以及尼康GPS模块——GP-1，但遗憾的是不支持无线引闪功能。