51-polowy moduł AF Multi-CAM 3500FX: w aparacie D4S zastosowano ulepszoną wersję systemu AF, zastosowanego wcześniej w modelu D4 – najdoskonalszym w tej klasie aparatów. System pozwala na wybór trybu 9, 21 lub 51 pól i działa nawet przy poziomie oświetlenia -2 EV (ISO 100, 20°C). Aparat charakteryzuje się udoskonalonym działaniem blokady, rozszerzoną funkcją „Zapisuj według orientacji” oraz nowymi opcjami ograniczeń dla trybów autofokusa.
Wybór pola AF z grupy: umożliwia wyjątkowo precyzyjne śledzenie szybko poruszających się obiektów na długich dystansach. W trybie wyboru pola AF z grupy aparat nieprzerwanie kontroluje pięć różnych pól AF, co w przypadku fotografowania stosunkowo niewielkich obiektów znajdujących się blisko kontrastowego lub rozpraszającego tła znacznie usprawnia ich namierzanie i pozwala oddzielić je od otoczenia. Pięciopolowy obszar AF można przemieszczać, korzystając ze wszystkich 51 pól AF, w zależności od kompozycji kadru.
Monitor z regulacją kolorów: umożliwia ustawienie balansu kolorów i jasności zgodnie z preferencjami użytkownika. Wyświetlacz LCD o przekątnej 8 cm (3,2 cala) i rozdzielczości 921 000 punktów pozwala również skorzystać z funkcji automatycznej regulacji jasności.
Udoskonalona ergonomia: subtelne szczegóły konstrukcji tego aparatu zostały precyzyjnie dopracowane, aby dodatkowo ułatwić jego obsługę podczas profesjonalnych sesji fotograficznych. Aby ułatwić obsługę aparatu w warunkach dużej wilgotności, poprawiono rozmieszczenie i kształt przycisków. Podparcia na kciuk i środkowy palec zyskały nowy kształt, a uchwyt – lepsze wykończenie.
Szybka i trwała migawka: gdy liczy się każda milisekunda, czas opóźnienia migawki aparatu D4S wynoszący jedynie 42 ms pozwala zyskać dodatkową przewagę. Migawka wykonana z kompozytu z włókien kevlarowych i węglowych charakteryzuje się czasem otwarcia migawki od 1/8000 s do 30 s i czasem synchronizacji z błyskiem do 1/250 s, a jej wydajność została potwierdzona w teście obejmującym 400 000 zwolnień.
Stabilność obrazu podczas fotografowania z użyciem wizjera: nowy mechanizm migawki i lustra zapewnia stabilność obrazu w wizjerze podczas rejestrowania szybkich zdjęć seryjnych. Poruszenia obrazu wywołane pracą lustra zostały skutecznie zredukowane, a czas przesłonięcia wizjera skrócono do minimum.
Funkcja nagrywania filmów D-Movie w trybie wielokadrowym pozwala uzyskać materiał filmowy profesjonalnej jakości w wielu formatach klatek, co jest niezwykle przydatne przy filmowaniu w zróżnicowanych warunkach. Aparat D4S umożliwia nagrywanie filmów w rozdzielczości Full HD (1080p), z szybkością 50 kl./s (progresywnie) i 60 kl./s (progresywnie) w formatach FX i DX. Dostępne są trzy formaty kadrowania: FX, DX i format natywny (w którym współczynnik powiększenia wynosi ok. 2,7x), jak również czysty, nieskompresowany sygnał wyjściowy HDMI.
Swoboda filmowania: wprowadzone usprawnienia zapewniają większą kontrolę nad rejestrowanym materiałem filmowym oraz lepszą jakość nagrywanego dźwięku. Fotografując w trybie M, można ustawić czułość i wybrać maksymalną wartość ISO oraz określić format kadrowania, kontrolować działanie przysłony sterowanej elektrycznie i ustawić czas otwarcia migawki. Natomiast opracowana przez firmę Nikon funkcja trójwymiarowej redukcji szumów redukuje przypadkowe szumy, dystorsję i szumy migotania powstające przy filmowaniu z wykorzystaniem wysokich czułości.
Wyjście HDMI: aparat D4S umożliwia przesyłanie do urządzeń zewnętrznych nieskompresowanego sygnału wyjściowego HDMI o pełnej rozdzielczości. Można jednocześnie nagrywać filmy HD w pełnej rozdzielczości z użyciem aparatu oraz zewnętrznego urządzenia nagrywającego podłączonego przez interfejs HDMI – w zestawie znajduje się klips do kabla HDMI, zapewniający bezpieczne połączenie.
Nagrywanie dźwięku w wysokiej jakości: dzięki rozszerzonym opcjom sterowania aparat D4S pozwala nagrywać dźwięk o udoskonalonej jakości. Wejście mikrofonu stereofonicznego i wyjście audio umożliwiają precyzyjną, niezależną regulację poziomów dźwięku przed nagrywaniem i w jego trakcie. Aparat pozwala na wybór zakresu dźwięku (szeroki/głos) oraz redukcję szumu wiatru przy nagrywaniu za pomocą wbudowanego mikrofonu.
Matrycowy pomiar ekspozycji 3D Color Matrix III: stabilność ustalania ekspozycji za pomocą czujnika pomiaru ekspozycji o rozdzielczości 91 000 pikseli. Aparat jest wyposażony w funkcję ciągłego rozpoznawania twarzy i umożliwia płynniejszą zmianę ekspozycji, co zapewnia lepszą jakość obrazu podczas fotografowania, nagrywania filmów i rejestrowania zdjęć poklatkowych.
Punktowy balans bieli: precyzyjne ustalanie balansu bieli nawet w zróżnicowanych warunkach oświetleniowych. Pozwala on łatwo uzyskać manualne dane do wstępnego ustawienia balansu bieli z wybranego obszaru kadru, przy czym możliwe jest zachowanie rozmiaru wybranego obszaru nawet przy powiększaniu zdjęcia oraz wykonywanie kolejnych pomiarów jeden po drugim.
Ustawienia Picture Control: ulepszoną jakość i dodatkową głębię obrazu na zdjęciach i filmach uzyskuje się dzięki większej precyzji odwzorowywania kolorów i krzywej tonalnej. Ustawienia Picture Control usprawniają przetwarzanie obrazu w aparacie, umożliwiając dostosowywanie parametrów obrazu przed jego zarejestrowaniem oraz zapewnia pełną kontrolę nad wyostrzaniem, kontrastem, jasnością, odcieniem i nasyceniem w różnych trybach kolorów.
Akumulator EN-EL18a o wysokiej pojemności: ultrakompaktowy, lekki akumulator jonowo-litowy o pojemności 2500 mAh (10,8 V).
Nośniki danych: dwa gniazda kart pamięci – jedno na szybkie karty CF (UDMA 7) oraz jedno na szybkie i pojemne karty XQD.