Vor allem den lichtempfindlichen Bereich hat Nikon deutlich erweitert. Er reicht von ISO 100 bis 25.600, ist aber auf rekordverdächtige ISO 409.600 erweiterbar. Somit lässt sich die D4S bei Dunkelheit ebenso gut einsetzen wie bei Tageslicht. Verpackt in ein wetterbeständiges Metallgehäuse arbeitet die neue Bildverarbeitungs-Engine Expeed 4 daran, Optimierungen in Sachen Rauschunterdrückung, Schärfung und Verbesserung der Farbtiefe zu ermöglichen. Es können bei voller Autofokusnachführung bis zu elf Bilder pro Sekunde in Serie geschossen werden.
Nikons D4S verfügt über einen Gigabit-100/1000TX-Ethernet-Anschluss, über den die Aufnahmen noch schneller übertragen werden können. In Sachen Geschwindigkeit punktet sie auch mit einer Auslöseverzögerung von nur 42 Millisekunden. Der Kevlar-Kohlefaserverschluss erlaubt Verschlusszeiten von 1/8.000 bis 30 Sekunden.
Videos in Full-HD-Auflösung können mit Bildraten von bis zu 60p/50p aufgenommen werden und der Videograf kann dabei das Sensorformat auswählen, die Blende steuern und die ISO-Einstellung wählen. Die gleichzeitige Aufzeichnung auf einer Speicherkarte in der Kamera und auf einem externen HDMI-Aufnahmegerät ist möglich. Die D4S verfügt über zwei Speicherkartenfächer, eines für High-Speed-CF-Karten (UDMA 7) und eines für High-Speed-XQD-Karten. Zur Bildkontrolle dient ein 3,2 Zoll großer LC-Monitor, der mit 921.000 RGB-Bildpunkten auflöst.
Die Nikon D4S ist ab März 2014 für rund 6.150 Euro bei ausgewählten Vertriebspartnern erhältlich.