Nikon Z6 III ma „częściowo warstwowy” sensor, co oznacza, że jest połączeniem bardziej tradycyjnej matrycy CMOS, oraz sensora Stacked CMOS (warstwowego), czyli technologii stosowanej w aparatach Nikon Z9 i Z8. Matryca ta zatem część obwodów szybkiego przetwarzania, które umieszczono zarówno nad jak i pod warstwą z fotodiodami. Co to daje w praktyce? 3,5 razy szybszy czas próbkowania sensora niż w modelu Z6 II, co przekłada się na niższy rolling shutter. Pozwala to na zastosowanie elektronicznej migawki umożliwiającej fotografowanie z prędkością do 120 kl./s DX (1,5x crop) i 60 kl./s przy pełny pokryciu kadru. Minimalny czas otwarcia migawki został zwiększony do 1/16 000 s. Do tego, Nikon Z6 III ma też usprawniony pomiar AF. Ulepszono również układ stabilizacji matrycy, który teraz ma oferować skuteczność do 8 EV. Zastosowanie tego typu matryc, pozytywnie wpływa także na tryb wideo.
