得益于新测光系统，EOS- 1D X Mark II的EOS iSA System（智能被摄体分析系统）有了进一步的性能提升，特别是在追踪拍摄运动物体时，即使被摄体出现不规则的运动轨迹，相机依旧能保持高识别率，配合新的人工智能伺服对焦算法AI SERVO AF III 以及EOS iTR（智能追踪与识别）自动对焦，将改善包括被摄体在远近距离上突然发生变化等运动轨迹改变时的追踪对焦能力。
7种对焦区域选择模式
EOS-1D X Mark II提供了包括单点自动对焦、定点自动对焦、扩展自动对焦区域：上下左右4点、扩展自动对焦区域：周围、区域自动对焦、大区域自动对焦、61点自动对焦等 7种对焦区域选择模式，可以根据拍摄场景的不同，在目标位置对焦或者对焦于运动的被摄体。
为了满足专业摄影师、摄影记者对相机高速度的要求，EOS-1D X Mark II也进行了全面系统化的性能提升，包括新全画幅CMOS图像感应器、双DIGIC 6 影像处理器以及AF/AE系统所实现的更高速影像数据采集、转化、处理的协同工作；优化设计的反光镜以及快门组件机械结构、CFast2.0TM存储卡等。
双DIGIC 6 影像处理器
EOS-1D X Mark II采用双DIGIC 6 影像处理器，进一步提升了对影像数据进行高速处理的能力，再加上新的支持高速数据读取的CMOS图像感应器，在持续进行追踪自动对焦和自动曝光时，EOS-1D X Mark II最高可实现约14张/秒高速连拍。在实时取景模式下，EOS-1D X Mark II可达到最高约16张/秒的连拍速度（自动对焦及自动曝光第一张锁定）。此外，EOS-1D X Mark II还新增加了高速和低速两种静音连拍模式，可实现最高约5张/秒静音连拍速度。
新设计反光镜控制系统
为保证反光镜在高速运动中依旧实现精确的运行轨迹，进一步降低因高速连拍产生的机械振动对图像清晰度的影响，EOS-1D X Mark II将其反光镜控制系统由上一代机型的弹簧驱动方式升级为马达驱动方式，主反光镜抬升或下落时全部由马达进行驱动，使其在发生撞击前实现减速，减轻撞击的力度。与此同时，主反光镜还配备了减速凸轮装置，同样会令主反光镜在下落时实现减速。通过双重装置保障，主反光镜在高速连拍时产生的振动将有效减轻。为了使振动进一步降低，主、副反光镜还配备了平衡器装置，吸收减速下落时的反光镜产生的动能，同样可起到减小振动的作用。
支持CFast2.0TM存储卡
为使高速连拍记录的影像能够同时实现连续高速存储，EOS-1D X Mark II采用了双存储卡槽设计，其中卡槽1支持CF卡，卡槽2则为读取和写入速度都更快的CFastTM卡槽。EOS-1D X Mark II可支持不限张数直至卡满的JPEG图像或者约170张RAW图像连续记录；而采用UDMA7规格CF卡，则可实现不限张数直至卡满的JPEG图像或者约73张RAW图像连续记录。
加入更丰富的机内影像处理功能
EOS-1D X Mark II将更多影像处理功能植入机身内部，以往需要在电脑上使用Digital Photo Professional软件才能实现的数码镜头优化功能，如今可以直接在机内使用，更加方便地进行镜头像差补偿，校正由于衍射现象和低通滤镜等导致的光线变化。同时，EOS-1D X Mark II还内置了针对JPEG图像的畸变校正和衍射像差校正功能，其中衍射像差校正功能使得在使用小光圈拍摄时，由于衍射现象造成图像质量下降的问题得到有效改善。此外，用户在以往需要借助EOS Utility软件来向相机注册镜头校正数据，如今这些镜头校正数据则已经内置到EOS-1D X Mark II中，该功能同样支持接受更多镜头的校正数据。
