撮像素子は35.9×24.0mmのFX CMOSで、有効画素数は2426万画素。画像処理にはD4、D800、D800Eと同じEXPEED 3を採用した。フルサイズ撮像素子を小型の本体で使うという製品の骨格を、D610でも維持している。^{3公式 ニコンD610 主な仕様1公式 ニコン軽量コンパクトFX D610 発売}

本体は幅141×高さ113×奥行82mm、重量は本体760g、電池とカードを含めて850gである。上面と背面にはマグネシウム合金を使用し、接合部にシーリングを施して防塵防滴に配慮した。携行するサイズと、外装・接合部の構成を合わせて設計している。^{3公式 ニコンD610 主な仕様1公式 ニコン軽量コンパクトFX D610 発売}

ファインダーはペンタプリズム式で、FX撮影時の視野率は約100％、DX時は約97％、倍率は約0.7倍。AFは39点で、中央9点がクロスセンサー、中央部7点はF8に対応する。光学ファインダーをのぞき、専用の測距点でピントを合わせる一眼レフの構成である。^{3公式 ニコンD610 主な仕様1公式 ニコン軽量コンパクトFX D610 発売}

FマウントにはAFカップリングを備え、AFレンズや対応する非CPUレンズを扱える。ただし非AIレンズは使用できない。レンズの種類によって対応が分かれるため、従来のFマウントレンズを使う場合にも装着条件の確認が必要となる。^{3公式 ニコンD610 主な仕様}

SDカードはUHS-I対応のダブルスロットで、順次記録、バックアップ、RAWとJPEGの分割記録を選べ、カード間コピーもできる。二枚のカードを単に容量の追加に使うだけでなく、記録内容の分け方を設定できる構成だった。^{3公式 ニコンD610 主な仕様}

動画はフルHDの1920×1080/30pに対応し、外部マイクとヘッドホンの端子、微速度動画撮影も備える。静止画の連写が更新の中心となる一方、動画と音声を扱う接続も用意している。^{1公式 ニコン軽量コンパクトFX D610 発売}

通常連写はD600の約5.5コマ/秒から約6コマ/秒へ引き上げた。発表時の報道は、連写性能を理由にD600の購入をためらった利用者の声を反映した、とするメーカーの説明を記録している。既存の小型FX機の使い勝手に対する要望を、速度の変更に結び付けた改良だった。^{2プレス デジカメ Watchニコン小型軽量フルサイズD610}

新設したQc静音連続撮影は約3コマ/秒である。通常の連写より速度を抑え、作動音に配慮する場面で使うモードとなる。完全に無音の電子シャッター撮影ではなく、一眼レフの連続撮影に静音の選択肢を加えた機能である。^{1公式 ニコン軽量コンパクトFX D610 発売}

高速化には独立したミラー駆動機構とEXPEED 3を組み合わせた。公式測定値では起動約0.13秒、レリーズタイムラグ約0.052秒とされる。毎秒の枚数だけでなく、電源を入れてからの動作やレリーズに関わる値も示された。^{1公式 ニコン軽量コンパクトFX D610 発売}

オートホワイトバランスも改良した。撮影シーンの色と輝度を認識し、頻繁に撮影する場面での制御を最適化したと公式は説明する。連写や静音とともに、撮影時にカメラが行う制御にも変更を加えた。^{1公式 ニコン軽量コンパクトFX D610 発売}

ニコンが掲げたのは、小型で携行しやすいFXシステムを幅広い人に使ってもらうことである。その本体構成を保ちながら、通常連写を速める一方で静音連写を追加した。常に最高速で撮ることだけを求めず、撮影場面に応じた二つの連続撮影を用意した点に、D610の更新の方向が表れている。^{1公式 ニコン軽量コンパクトFX D610 発売}