La fotocamera Nikon D2XS dispone di tutte le funzionalità e della tecnologia del modello di base con alcune caratteristiche aggiuntive particolarmente importanti che esaltano soprattutto i professionisti del settore.
Naturalmente molti elementi sono rimasti inalterati, in quanto validi, così ad esempio il sensore di immagine, di tipo CMOS, da 12,85 Megapixel di risoluzione totale e 12,4 di risoluzione effettiva e le cui misure sono 23,7x15,7 mm. Con un sensore del genere le fotografie ottenute sono di qualità eccellente e possono raggiungere i 4288x2848 pixel di risoluzione massima, oltre alla possibile di scegliere ovviamente tra diverse risoluzioni. Per quanto riguarda le lenti, la fotocamera impiega, oltre al formato Nikon DX, anche l'attacco a baionetta Nikon F-mount, condiviso da tutte le fotocamere di questo produttore. Inoltre è garantita la massima compatibilità con le ottiche AF Nikkor e con la famiglia della DX Nikkor.

Per quanto concerne l’estetica una delle principali differenze rispetto al modello D2x risiede nel display più grande, da 2,5 pollici, con una risoluzione di 230.000 pixel e con un ampio angolo di visione di ben 170 gradi. Questo monitor LCD offre caratteri più grandi che facilitano l'accesso ai menù organizzati in base ad un codice colore. Inoltre, questo modello reflex offre anche il display dell'istogramma RGB che permette all'utente di poter valutare più accuratamente l'immagine sull'ampio monitor.
La fotocamera presenta un corpo progettato per facilitarne sempre di più l'uso, per resistere a umidità e polvere e per durare nel tempo. Le dimensioni, la configurazione e la disposizione dei comandi sono stati tutti studiati in modo da garantire un impiego ottimale della macchina. Inoltre il corpo è realizzato in lega di magnesio, un materiale leggero ma al tempo stesso robusto e durevole. Le dimensioni sono le seguenti: 158 mm di altezza, 150 mm di larghezza e 86 mm di profondità, per un peso di 1252 grammi.

Per quanto concerne la funzionalità se il sensore è rimasto lo stesso del modello precedente, si notano dei miglioramenti, oltre che nel display, nel mirino, nelle funzioni e soprattutto nella velocità, dal momento che D2Xs arriva a scattare fino a 5 foto al secondo utilizzando la massima qualità a fino a 8 foto al secondo se ci si accontenta di immagini da 6,8 megapixel. Inoltre, è stato riprogettato il sistema autofocus ed il ritardo allo scatto è di appena 37 millisecondi. Un altro elemento importante per i fotografi professionisti è sicuramente la possibilità di selezionare l'Adobe RGB in tutti i tre modi colore con l'aggiunta anche di un nuovo modo colore bianco e nero. Una funzione altrettanto importante è la possibilità di salvare le impostazioni personali sulla scheda di memoria, in modo da poterle trasferire su un'altra fotocamera. Altre funzioni includono il flash con diversi modi, valori di sensibilità compresi tra 100 e 800 ISO, una compensazione dell'esposizione di +/- 5 EV con incrementi in passi da 1/3, 1/2 oppure 1.0 EV.

Le foto possono essere salvate su una scheda di tipo Compact Flash I o Compact Flash II. Le foto verranno salvate nel formato JPEG, TIFF o RAW.
L'alimentazione avviene tramite una batteria ricaricabile agli ioni di litio ad alta capacità, il modello EN-EL4a in grado di offrire un'autonomia superiore e la possibilità di scattare fino a 3.800 immagini per carica. Può essere ricaricata in qualunque momento e dispone di un pratico indicatore di livello che mostra la carica rimanente in percentuale. Quanto ai collegamenti, la possibilità di impiego del trasmettitore Wireless WI-FI WT-2/2A permette un rapido invio delle immagini, una maggior sicurezza e la compatibilità con i protocolli più recenti.

La confezione include batteria, caricabatteria, cinghia a tracolla, cavo audio/video, cavo USB 1.0, blocco cavo, copri LCD, coperchietto per fissaggio batteria, schermo di messa a fuoco, CD-ROM.