1、2410万有效像素DX格式CMOS传感器与EXPEED 3图像处理器
此次D5200采用新开发的DX格式CMOS传感器，有效像素高达2410万。单纯从像素值来看D5200可能采用D3200那块CMOS传感器。但小编并不这么认为，首先从历史上看，D5000系列前两代（D5000、D5100）均是使用上一级（D90、D7000）直接下放的图像传感器（由于连拍限制，读取通道会有差异）。也就是说D5000系列从来没有和D3000系列共用过传感器。
其次，从官方给的资料来看，D5200和D3200的传感器有很多细节不同，比如有效像素数、传感器尺寸等：
从上表不难看出采用23.1×15.4这种偏小尺寸的传感器为尼康设计瑞萨科技制造的（参看chipworks公布尼康传感器型号列表），这种APS-C传感器的NEF（RAW）仅支持12bit。而索尼制造的尺寸要更大一点，支持14bit RAW。如果从这些细节来判断，D5200这块传感器很有可能出自索尼之手（NEX-7/A65/A77那块的最新版本）。
尼康官方也给出了两款相机图像传感器的图片，从图中不难看出D5200与D3200的传感器的针脚完全不同，D5200那块传感器更有索尼风格（针脚一圈分布，尼康设计为左右两边分布）。至于D5200搭配EXPEED 3图像处理器，虽然官方称与D4等高端机型相当。但其实还是有不同的，尼康针对不同对焦、测光系统，有不同的处理器应对，D4与D800（E）采用代号为“E-158”的处理器，而D600、D3200采用“E1-175”处理器。D5200更有可能采用后者。
2、39点自动对焦系统和2016像素RGB感应器
D5200采用Multi-Cam 4800DX自动对焦感光器模块，与D7000所用一致。39个焦点9个十字型感光器覆盖中心区域。
D5200采用39点对焦系统
D5200配有场景识别系统，它利用2016像素RGB感应器（已用于D7000、D600上），更精细地分析拍摄场景的亮度和色彩信息。并将这些信息应用于自动对焦、自动曝光、i-TTL闪光和自动白平衡控制。在3D追踪中，它可准确地追踪移动中的主体。此外，在主体识别中，它比D5100能检查更小的主体，这有助于提高自动区域自动对焦中的主体识别性能。另外，当在即时取景和动画拍摄过程中使用人脸优先自动对焦以及静态影像的人脸放大播放时，D5200利用图像传感器可检测35张人脸。
D5200在对焦模块和RGB感应器上与更高端的D7000相同，这也是尼康低端数码单反相机第一次突破11点对焦和420像素RGB感应器。虽然不像D600那样可以F8自动对焦，但对于入门单反来说,这样的配置已经足够了。
其他性能，D5200具备约每秒5帧的高速连拍，最大连拍张数，JPEG格式可达100。快门寿命10万次。快门释放时延约0.09秒。
