Правильная цветопередача и кристальная чёткость фотографии при любом освещении обеспечивается за счёт 16-мегапиксельной матрицы APS-C (DX). Модель Nikon D5100 оснащена системой двойной защиты от пыли, что препятствует загрязнению сенсора при смене оптики. Светочувствительность – 6400 единиц с расширением 25 600. Помощь в съёмке высококонтрастных сюжетов окажет специальный режим Active D-Lighting, который увеличивает яркость затемнённых областей кадра. Обработка изображений осуществляет процессор EXPEED2. Он позволяет получать изображения с отличным контрастом, наиболее точной экспозицией, а также минимальным уровнем шумов.