D80采用了23.6 x 15.8 mm、APS-C画幅、1020万像素、DX格式的CCD传感器,镜头倍率为1.5倍,可拍摄最大分辨率为3872 x 2592像素的照片。感光度为ISO 100/200/400/800/1600,快门速度30-1/4000秒。D80配备的镜头为尼康AF-S DX 18-135mm f/3.5-5.6G IF-ED镜头,焦段覆盖广角到望远端,并采用了超声波马达,在自动对焦后可以实现手动调节,并且对焦时没有噪音。
D80采用了新的图像处理引擎,能在感光元件输出模拟信号的阶段就进行优化,并经过高精度演算,进行色相调整和减低噪点,表现出更自然的画面,并且D80所有的信号处理也经过高速化处理,反应速度相当的快,启动时间只要0.18秒,快门时滞大约80毫秒。D80可以进行每秒3张连拍、最多可以拍摄100张JPEG或最多6张RAW格式的照片。D80还支持11点自动对焦系统,对焦精度、动态捕捉、追尾能力都有提高,而且还支持对画面内主要被摄物体进行识别并对焦的“AUTO AREA AF MODE”。另外D80还采用了“3D-RGB多区域测光II”技术,能识别被拍摄物体的颜色,从而实现高精度的测光。存储方面D80使用SD/SDHC卡作为存储介质。电源使用型号为EN-EL3e的锂离子电池。