Sachverhalt: A. Das Bezirksgericht Horgen sprach X._ am 23. November 2010 von den gegen ihn erhobenen Anklagevorwürfen frei, soweit es darauf eintrat. B. Auf Appellation u.a. der Gemeinde Horgen hin erklärte das Obergericht des Kantons Zürich X._ am 13. Januar 2012 der mehrfachen Sachbeschädigung (Art. 144 Abs. 1 StGB) und der mehrfachen Störung von Betrieben, die der Allgemeinheit dienen (Art. 239 Ziff. 1 Abs. 2 StGB), schuldig. In weiteren Punkten trat es auf die Anklagevorwürfe bzw. die Appellation der Geschädigten nicht ein oder gelangte zu einem Freispruch. Es verurteilte X._ zu einer bedingten Freiheitsstrafe von 10 Monaten und verpflichtete ihn, der Gemeinde Horgen Schadenersatz in der Höhe von Fr. 44'728.75 zu bezahlen. Das Obergericht hält für erwiesen, dass X._ in der Gemeinde Horgen über einen Deliktszeitraum von gut drei Jahren insgesamt 13 Hydranten manipulierte und zwölf von ihnen - teilweise erheblich - beschädigte. Durch den Austritt des Wassers kam es in einigen Fällen zu Folgeschäden. Die Hydranten waren aufgrund der Manipulationen und Beschädigungen jeweils bis zur Wiederinstandstellung nicht einsatzbereit, weshalb es zu Lücken in der Löschwasserversorgung kam. Er handelte zur Befriedigung seiner Rachegelüste gegenüber seiner Wohngemeinde. C. X._ führt Beschwerde in Strafsachen mit den Anträgen, das Urteil vom 13. Januar 2012 aufzuheben und ihn von Schuld und Strafe freizusprechen. Eventualiter sei die Sache zur Neubeurteilung an das Obergericht zurückzuweisen. Zudem seien die Kosten des kantonalen Verfahrens auf die vorinstanzliche Gerichtskasse zu nehmen, und es sei ihm eine angemessene Prozessentschädigung auszurichten.