D5100 è l'ultima DSLR di casa Nikon. Questa reflex si avvale di un sensore CMOS APS-C a 16,2 megapixel e del processore EXPEED 2, che consente una sensibilità ISO tra 100 e 6400 e può raggiungere ISO 25600 in modalità Hi 2. Presente la funzione HDR (High Dynamic Range) e D-Lighting attivo, che consente di ridurre la perdita di dettagli nelle aree con alte-luci e ombre quando si scattano foto con scarsa esposizione delle immagini con soggetti in controluce.
Il mirino a pentaspecchio offre una copertura pari a circa il 95% in orizzontale e in verticale e un ingrandimento di circa 0,78 x (con obiettivo da 50 mm f/1.4 impostato su infinito, -1,0 m-1). La D5100 scatta immagini in formato RAW a 14 bit con velocità tra 1/4000 e 30 secondi.
Il sistema di autofocus è a 11 punti e i quattro modi area AF, che includono AF tracking 3D consentono di mantenere a fuoco il soggetto principale anche se la composizione cambia rapidamente nelle scene d'azione. Tutto questo può essere accompagnato dalla ripresa in sequenza fino a 4 fps per catturare i soggetti in rapido movimento.
La Nikon D5100 è in grado di registrare filmati in Full HD (24, 25 e 30 fps in formato AVC-HD H.264) e ha uno schermo ad angolo variabile da 3 pollici da circa 921 mila punti con un ampio angolo di visione e Live View. La fotocamera ha un doppio sistema di riduzione della polvere e supporta schede di memoria SD/SDHC/SCXC.
È presente un ingresso audio stereo a cui collegare il microfono stereo ME-1 opzionale per registrare filmati con audio stereo di alta qualità senza disturbo AF. Il prezzo della DSLR è di 799 dollari, che salgono a 899 con l'obiettivo NIKKOR 18-55mm. Il microfono stereo ME-1 opzionale è venduto a 180 dollari.