Kameran innehåller en Kodak-producerad CCD på 40 megapixlar i formatet 44 x 33 millimeter, och Pentax hävdar i sitt pressmaterial att den erbjuder en prestanda motsvarande den hos digitala bakstycken. Det kan i sammanhanget nämnas att sensorn är cirka 1,7 gånger större än en fullformatsensor i 35-millimetervärlden.
Inuti kameran huserar dammreduceringssystemet DR II (Dust Removal) som minimerar dammpartiklarna i anslutning till sensorn.
Kamerahusets stomme är tillverkat i en magnesiumlegering, medan ytterhöljet är gjort i aluminium. Konstruktionen gör att kameran tål lite tuffare tag, och väderbeständighet är standard. Därtill ingår extraförstärkta LCD-skärmar på ovan-, respektive baksidan.
LCD-skärmen på baksidan mäter 3 tum, och är utrustad med 921 000 pixlar. Därtill erbjuds betraktningsvinklar på hela 170 grader både horisontellt och vertikalt.
Den ljusstarka sökaren på baksidan ger en synvinkel på 98 procent.
Under skalet sitter bildprocessorn Prime II (Pentax Real Image Engine) som bland annat ska klara av att snabbt hantera stora RAW-filer (vilka ligger på 50 MB i snitt).
Kameran erbjuder ett 11-punkters autofokussystem som Pentax har döpt till SAFOX IX. Nio av sensorerna är av korstyp. Samtidigt arbetar ljusmätningssystemets flerzonsmätningsläge med 77 zoner.
Vidare kan nämnas att kameran är utrustad med två minneskortläsare som både klarar SD- och SDHC-kort. Konstruktionen med dubbla läsare gör det bland annat möjligt att spara JPEG-bilder på det ena kortet och RAW-bilder på det andra. Dessutom går det att aktivera en säkerhetskopieringsfunktion där kameran utnyttjar de båda minneskortläsarna.
Förutom de manuella PASM-lägena erbjuder Pentax 645D åtta olika motivprogram, däribland ett som kan liknas vid traditionellt filmbaserat vänddia. Det var en effekt som skapades genom medveten felaktig framkallning av filmen, och gav bilder med extra hög kontrast och felaktiga färger. Effekten går att få fram via Photoshop, men erbjuds även i vissa av Pentax 35-millimeters spegelreflexkameror, exempelvis K-x-modellen.
Därtill erbjuder kameran en möjlighet att ställa in ett antal specifika värden för enskilda bilder, exempelvis mättnadsgrad, kontrast, och skärpa.
Bland kamerans övriga funktioner kan nämnas en dedikerad HDR-funktion, digitalt vattenpass, och HDMI-kontakt för uppkoppling mot exempelvis en HD-TV
