Faits:
A. A._, ressortissant albanais domicilié en Albanie, a été arrêté le 15 octobre 2011 dans le cadre d'une instruction pénale conduite par le Ministère public de l'arrondissement de Lausanne (ci-après: le Ministère public) et portant sur un trafic de stupéfiants. Relaxé le 16 octobre 2011, A._ a été appréhendé en Italie et remis aux autorités suisses le 26 avril 2012 à la suite de nouveaux développements de l'enquête. Il a été entendu par le Ministère public le 27 avril 2012 et sa détention provisoire a été ordonnée le 29 avril 2012 par le Tribunal des mesures de contrainte du canton du Vaud (ci-après: le Tmc). En substance, il lui est reproché d'avoir participé à un trafic international d'héroïne portant sur plusieurs kilos.
B. A la demande du Ministère public du 11 juillet 2012, le Tmc a ordonné la prolongation de la détention pour une durée de trois mois, le 17 juillet 2012, en raison des risques de fuite et de collusion. Le 3 août 2012, la Chambre des recours pénale du Tribunal cantonal vaudois (ci-après: le Tribunal cantonal) a rejeté le recours de l'intéressé contre l'ordonnance précitée.
C. Agissant par la voie du recours en matière pénale, A._ demande principalement au Tribunal fédéral de réformer la décision cantonale et d'ordonner sa libération immédiate, subsidiairement de prononcer sa libération immédiate assortie de mesures de substitution au sens des art. 237 ss CPP. Il conclut également à l'élimination de certains moyens de preuve, ainsi qu'à la constatation de la violation des art. 31 Cst., 5 CEDH, 308, 309 al. 3 et 311 CPP et à celle du principe de la célérité.
Le Tribunal cantonal renonce à se déterminer et se réfère aux considérants de sa décision. Le Ministère public conclut au rejet du recours. Par courrier du 18 septembre 2012, A._ requiert l'assistance judiciaire.
Considérant en droit:
1. Le recours en matière pénale (art. 78 al. 1 LTF) est en principe ouvert contre les décisions relatives à la détention provisoire ou pour des motifs de sûreté au sens des art. 212 ss CPP. Formé en temps utile (art. 100 al. 1 LTF) contre une décision prise en dernière instance cantonale (art. 80 LTF) et qui touche le recourant dans ses intérêts juridiquement protégés (art. 81 al. 1 let. a et b ch. 1 LTF), le recours en matière pénale est par conséquent recevable.
2. Une mesure de détention préventive n'est compatible avec la liberté personnelle (art. 10 al. 2 Cst. et 5 CEDH) que si elle repose sur une base légale (art. 31 al. 1 et art. 36 al. 1 Cst.), soit en l'espèce l'art. 221 CPP. Elle doit en outre correspondre à un intérêt public et respecter le principe de la proportionnalité (art. 36 al. 2 et 3 Cst.; ATF 123 I 268 consid. 2c p. 270). Pour que tel soit le cas, la privation de liberté doit être justifiée par les besoins de l'instruction, un risque de fuite ou un danger de collusion ou de réitération (cf. art. 221 al. 1 let. a, b et c CPP). Préalablement à ces conditions, il doit exister à l'égard de l'intéressé des charges suffisantes, soit de sérieux soupçons de culpabilité (art. 221 al. 1 CPP; art. 5 par. 1 let. c CEDH; arrêt 1B_63/2007 du 11 mai 2007 consid. 3 non publié in ATF 133 I 168). Le Tribunal fédéral examine librement ces questions, sous réserve toutefois de l'appréciation des faits, revue sous l'angle restreint des art. 97 al. 1 et 105 al. 2 LTF (ATF 135 I 71 consid. 2.5 p. 73 s. et les références).
3. Dans un grief qu'il convient d'examiner en premier lieu, le recourant se plaint d'une violation de son droit d'être entendu garanti par l'art. 29 al. 2 Cst., plus précisément de son droit d'obtenir une décision motivée. Il fait grief aux autorités précédentes, en particulier au Ministère public et au Tmc, de ne pas avoir suffisamment motivé leur décision concernant son maintien en détention provisoire. Il reproche en outre au Tribunal cantonal de ne pas avoir examiné si la demande de prolongation de la détention du Ministère public et la décision du Tmc étaient suffisamment motivées.
3.1 Le droit d'être entendu garanti par l'art. 29 al. 2 Cst. implique, notamment, pour l'autorité l'obligation de motiver sa décision. Selon la jurisprudence, il suffit que le juge mentionne, au moins brièvement, les motifs qui l'ont guidé et sur lesquels il a fondé sa décision, de manière à ce que l'intéressé puisse se rendre compte de la portée de celle-ci et l'attaquer en connaissance de cause. Il n'a pas l'obligation d'exposer et de discuter tous les faits, moyens de preuve et griefs invoqués par les parties, mais peut au contraire se limiter à l'examen des questions décisives pour l'issue du litige (ATF 137 II 266 consid. 3.2 p. 270; 136 I 229 consid. 5.2 p. 236). Dès lors que l'on peut discerner les motifs qui ont guidé la décision de l'autorité, le droit à une décision motivée est respecté même si la motivation présentée est erronée. La motivation peut pour le reste être implicite et résulter des différents considérants de la décision (arrêt 2C_23/2009 du 25 mai 2009 consid. 3.1 publié in RDAF 2009 II p. 434 et les réf.).
3.2 En l'espèce, le Tribunal cantonal a expressément indiqué quels étaient les indices concrets qui permettaient de soupçonner le recourant d'avoir participé à la commission d'une infraction grave à la LStup (cf. consid. 5.3 infra). La motivation de la décision attaquée permet donc de comprendre sur la base de quels éléments le Tribunal cantonal a conclu à l'existence de charges suffisantes à l'encontre du recourant. Celui-ci connaissait donc les motifs pour lesquels il pouvait contester la décision de maintien en détention provisoire. L'instance précédente n'a donc pas méconnu son obligation de motiver, autre étant la question de savoir si la motivation présentée est erronée, comme le soutient également le recourant.
S'agissant de sa critique concernant le fait que la cour cantonale n'aurait pas examiné son grief lié au défaut de motivation de la requête de prolongation de la détention du Ministère public et de la décision de prolongation de celle-ci par le Tmc, elle doit être écartée. En effet, le Tribunal cantonal a implicitement considéré que cette requête et cette décision étaient suffisamment motivées dès lors qu'il a repris en substance les mêmes motifs pour sa décision de maintien en détention. En particulier, en se référant expressément à sa précédente ordonnance du 29 avril 2012 s'agissant des indices de culpabilité existant à l'encontre du recourant et en indiquant que sur ce point sa motivation conservait toute sa pertinence, le Tmc n'a pas contrevenu à son obligation de motiver, contrairement à ce que soutient le recourant.
Pour le surplus, lorsqu'il affirme que le Tmc et le Ministère public se sont limités à proférer des reproches peu concrets, très généraux et infondés, il se plaint non pas d'un défaut de motivation mais conteste en réalité le bien-fondé de ces décisions. En tant que les critiques du recourant sont dirigées directement contre les décisions du Ministère public et du Tmc, elles sont irrecevables devant le Tribunal de céans.
4. Dans un moyen suivant, le recourant fait grief au procureur d'avoir violé son obligation de mener lui-même les premières auditions importantes, invoquant les art. 307 al. 2, 311 et 312 CPP. Le procureur aurait violé ces dispositions en déléguant toute l'enquête à la police; une telle délégation générale serait en effet interdite pas la loi. Le recourant soutient en outre que les conditions de forme de la délégation ne seraient pas respectées puisque le dossier ne contiendrait aucune trace d'une quelconque délégation. Enfin, il allègue que son extradition serait fondée sur la base de preuves inexistantes ou imaginaires, de sorte que toutes les preuves consécutives ne pourraient être utilisées. Le recourant conclut à l'élimination des moyens de preuve obtenus en violation des art. 307 al. 2, 311 et 312 CPP et de ceux qui reposent sur une tromperie.
4.1 Selon l'art. 311 al. 1 CPP, les procureurs recueillent eux-mêmes les preuves; la Confédération et les cantons déterminent dans quelle mesure ils peuvent confier des actes d'instruction particuliers à leurs collaborateurs. Enfin, l'art. 312 al. 1 CPP indique que même après l'ouverture de l'instruction, le Ministère public peut charger la police d'investigations complémentaires; il lui donne à cet effet des directives écrites, verbales en cas d'urgence, qui sont limitées à des actes d'enquête précisément définis. L'art. 307 al. 2 CPP prévoit que, en cas d'infractions graves et de tout autre événement sérieux, le Ministère public conduit lui-même, dans la mesure du possible, les premières auditions importantes.
4.2 La décision d'exclure un moyen de preuve litigieux du dossier est du ressort de la direction de la procédure, respectivement du juge du fond. Il n'appartient en principe pas au juge de la détention de se prononcer sur ce point. Celui-ci vérifie l'existence de soupçons suffisants de culpabilité sur la base des résultats provisoires de l'instruction. Il peut ainsi tenir compte de moyens de preuve figurant au dossier, à moins toutefois que ceux-ci n'apparaissent d'emblée inexploitables (cf. arrêts 1B_179/2012 du 13 avril 2012 consid. 2.4 et 1B_182/2007 du 20 septembre 2007 consid. 4.4 et les références).
En l'espèce, l'admissibilité des moyens de preuve critiqués par le recourant n'apparaît pas d'emblée exclue. En effet, le Ministère public a personnellement entendu le recourant le 27 avril 2012, soit le lendemain de son extradition en Suisse. Les auditions suivantes (soit celles des 8, 10 et 22 mai et 13 juin 2012) ont été réalisées par la police en présence du mandataire du recourant. Le dossier en possession du Tribunal de céans ne contient certes aucun mandat écrit du Ministère public déléguant à la police le soin de procéder à ces auditions. Quoi qu'il en soit, cette éventuelle informalité ne paraît pas a priori avoir pour conséquence l'impossibilité absolue d'exploiter les procès-verbaux d'audition du recourant, ce d'autant moins que le prévenu a pu disposer, conformément à l'art. 312 al. 2 CPP, des mêmes droits devant la police que devant le procureur (cf. ESTHER OMLIN, in Basler Kommentar, Schweizerische Strafprozessordnung, 2011, ad art. 312 CPP n. 14 et 15).
Enfin, l'invocation par le recourant, pour la première fois à ce stade de la procédure, du vice affectant soi-disant la demande d'extradition contrevient manifestement aux règles de la bonne foi, de sorte que la cour de céans n'entrera pas en matière sur ce point (cf. ATF 135 I 91 consid. 2.1 p. 93). Au demeurant, d'éventuelles inexactitudes dans l'exposé des motifs de la demande d'extradition adressée par les autorités suisses, ne sauraient être assimilées à une tromperie de la part des autorités suisses et se trouvent sans rapport avec la question de la recevabilité des preuves administrées ultérieurement.
Pour le surplus, la conclusion du recourant tendant à ce que les moyens de preuve litigieux soient éliminés du dossier est irrecevable dès lors qu'il n'appartient pas au juge de la détention de se prononcer définitivement sur cette question. L'arrêt attaqué qui s'en tient à ce principe n'est dès lors pas critiquable.
5. Invoquant l'art. 221 al. 1 CPP, le recourant conteste le caractère suffisant des charges pesant sur lui. Il qualifie d'arbitraire l'appréciation de l'instance précédente. Les faits qui lui sont imputés ne seraient de plus pas "typiques au sens de la loi". Il reproche en outre au Ministère public d'avoir retenu dans sa demande de prolongation de la détention provisoire du 11 juillet 2012 que le recourant appartenait manifestement à une organisation criminelle au sens de l'art. 260ter CP, se plaignant à cet égard d'une violation des art. 31 Cst. et 5 CEDH ainsi que des art. 308, 309 al. 3 et 311 al. 2 CPP. Le Procureur aurait dû, selon lui, rendre une ordonnance d'extension de l'instruction ou une ordonnance d'ouverture de l'instruction conformément aux art. 309 al. 3 et 311 al. 2 CPP.
5.1 Aux termes de l'art. 309 al. 3 CPP, le Ministère public ouvre l'instruction par une ordonnance dans laquelle il désigne le prévenu et l'infraction qui lui est imputée; l'ordonnance n'a pas à être motivée ni notifiée. Il peut, selon l'art. 311 al. 2 CPP, étendre l'instruction à d'autres prévenus et à d'autres infractions; l'art. 309 al. 3 CPP est applicable. Enfin, le Ministère public établit durant l'instruction l'état de fait et l'appréciation juridique du cas de telle sorte qu'il puisse mettre un terme à la procédure préliminaire (art. 308 al. 1 CPP).
5.2 Pour qu'une personne soit placée et maintenue en détention provisoire, il doit exister à l'égard de l'intéressé des charges suffisantes, soit de sérieux soupçons de culpabilité, c'est-à-dire des raisons plausibles de la soupçonner d'avoir commis une infraction (art. 221 al. 1 CPP; art. 5 par. 1 let. c CEDH; arrêt 1B_63/2007 du 11 mai 2007 consid. 3 non publié in ATF 133 I 168). Il n'appartient cependant pas au juge de la détention de procéder à une pesée complète des éléments à charge et à décharge et d'apprécier la crédibilité des personnes qui mettent en cause le prévenu. Il doit uniquement examiner s'il existe des indices sérieux de culpabilité justifiant une telle mesure. L'intensité des charges propres à motiver un maintien en détention préventive n'est pas la même aux divers stades de l'instruction pénale; si des soupçons, même encore peu précis, peuvent être suffisants dans les premiers temps de l'enquête, la perspective d'une condamnation doit apparaître vraisemblable après l'accomplissement des actes d'instruction envisageables (ATF 137 IV 122 consid. 3.1 p. 126).
Le Tribunal fédéral statue en principe sur la base des faits établis par l'autorité précédente (art. 105 al. 1 LTF), sous réserve des cas prévus par l'art. 105 al. 2 LTF. Il ne peut s'en écarter que si les constatations de ladite autorité ont été établies de façon manifestement inexacte - notion qui correspond à celle d'arbitraire au sens de l'art. 9 Cst. (ATF 137 I 58 consid. 4.1.2 p. 62; 136 II 304 consid. 2.4 p. 314) - ou en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF (art. 105 al. 2 LTF), et pour autant que la correction du vice soit susceptible d'influer sur le sort de la cause (art. 97 al. 1 LTF). S'il entend s'écarter des constatations de fait de l'autorité précédente, le recourant doit expliquer de manière circonstanciée en quoi les conditions d'une exception prévue par l'art. 105 al. 2 LTF sont réalisées.
5.3 Le Tribunal cantonal a constaté l'existence de soupçons de culpabilité à l'égard du recourant. Il a notamment retenu, sur la base d'écoutes téléphoniques, que B._, domicilié en Suisse, avait passé commande d'une quantité indéterminée d'héroïne en octobre 2011. L'organisateur de cette livraison de drogue en Suisse, C._, se rendait à Lausanne pour rencontrer B._. D'autres personnes - dont le recourant - devaient les rejoindre en voiture depuis l'Italie. Ce véhicule avait été arrêté le 15 octobre 2011 par la police avec cinq personnes à son bord (le recourant, C._, B._, D._ et E._). Entendus par la police, les prévenus avaient nié toute implication dans un quelconque trafic de stupéfiant. Comme la police n'avait pas découvert de drogue, ils avaient été relaxés. Le recourant avait alors immédiatement quitté le territoire suisse pour se rendre en Albanie via Milan. Par ailleurs, la police avait intercepté le 16 octobre 2011 à Ziegelbrücke, dans le canton de Glaris, une voiture portant des plaques grecques et contenant 5 kg d'héroïne avec à son bord F._ et G._. Les analyses téléphoniques avaient révélé que C._ avait reçu le 13 octobre 2011 un sms de F._ lui indiquant le lieu où se trouvait le véhicule contenant les 5 kg d'héroïne ("Ziegelbrucke [...]"). Par ailleurs, les trois numéros de téléphone du recourant étaient enregistrés dans le répertoire du téléphone portable de F._. L'enquête avait démontré que F._ et G._ avaient été en contact téléphonique avec H._ - lequel avait été impliqué en 2009 dans un trafic de produit stupéfiant entre la Suisse et la Turquie - pour organiser la réception de la drogue.
5.4 Dans son grief, le recourant soutient que la constatation du Tribunal cantonal selon laquelle F._ avait enregistré ses trois numéros de téléphone dans son répertoire ne serait corroborée par aucun élément objectif. L'intéressé semble se plaindre implicitement d'une constatation arbitraire des faits. Cette simple critique ne satisfait manifestement pas aux exigences de motivation accrue requises pour remettre en cause l'état de fait retenu par l'instance précédente (cf. consid. 5.2). Il n'y a donc pas lieu de s'écarter des faits constatés dans la décision entreprise.
Contestant l'existence de sérieux soupçons de culpabilité à son endroit, le recourant expose que le fait d'avoir eu son numéro de téléphone enregistré dans la mémoire du téléphone portable d'un tiers ne constitue pas une preuve suffisante de sa culpabilité. Il a été établi que plusieurs numéros de téléphone du recourant étaient enregistrés dans le téléphone portable de F._; celui-ci a en outre envoyé un sms au recourant le jour même de son arrestation le 16 octobre 2012 (cf. procès-verbal d'audition du 22 mai 2012 p. 18-19 & rapport de la police de sûreté du 28 mars 2012 p. 42 s.). A cet égard, dans un premier temps, le recourant a nié connaître F._ avant de le reconnaître sur planche photographique et de préciser l'avoir rencontré en Albanie; en revanche, F._ a contesté connaître le recourant. Ces éléments, associés à sa présence en Suisse en compagnie de C._ et B._ (interpellés ensemble le 15 octobre 2011) au moment de la transaction litigieuse constituent un faisceau d'indices suffisant de la culpabilité du recourant à ce stade de la procédure. Quant aux arguments développés par recourant sur la forme ou la nature de sa participation à l'infraction (complicité, coactivité), ils ne sont pas pertinents dès lors qu'il appartient au juge du fond et non pas au juge de la détention de se déterminer sur ce point.
Enfin, contrairement à ce que semble soutenir le recourant, il n'a pas fait l'objet d'une mise en prévention pour d'autres charges que celles liées à son implication, avec d'autres protagonistes, dans l'organisation d'un transport d'héroïne vers la Suisse (5 kilos). Les autorités précédentes n'ont pas modifié la prévention à la base de sa détention, à savoir celle d'infraction grave à la LStup. Dans la décision entreprise, le Tribunal cantonal fait expressément référence à l'art. 19 ch. 2 LStup, disposition qui était déjà à la base du mandat d'arrêt international délivré par les autorités suisses. Le Ministère public n'a, à cet égard, pas mentionné l'art. 260ter CP dans sa demande de prolongation de la détention, comme l'affirme pourtant le recourant. Cela étant, à ce stade de la procédure, l'autorité n'a pas à résoudre définitivement les questions de la qualification juridique des faits poursuivis. Il suffit en l'état que les faits reprochés se prêtent, avec une vraisemblance suffisante, à la qualification d'infraction grave à la LStup, comme c'est manifestement le cas en l'espèce eu égard notamment à la quantité d'héroïne saisie. Enfin, on relèvera néanmoins qu'une éventuelle décision d'extension de l'instruction au sens de l'art. 312 al. 2 CPP n'est pas nécessaire s'il s'agit simplement de modifier la qualification juridique des faits pour lesquels l'instruction a été ouverte, le prévenu devant toutefois en avoir connaissance au plus tard lors de l'audition finale, quand elle a lieu, ou par l'avis de prochaine clôture (cf. PIERRE CORNU, Commentaire romand CPP, n. 18 ad art. 311 CPP).
Mal fondés, les griefs du recourant doivent donc être rejetés.
6. Le recourant conteste l'existence des risques de fuite et de collusion.
6.1 Le risque de fuite doit s'analyser en fonction d'un ensemble de critères tels que le caractère de l'intéressé, sa moralité, ses ressources, ses liens avec l'Etat qui le poursuit ainsi que ses contacts à l'étranger, qui font apparaître le risque de fuite non seulement possible, mais également probable (ATF 117 Ia 69 consid. 4a p. 70 et la jurisprudence citée). La gravité de l'infraction ne peut pas, à elle seule, justifier la prolongation de la détention, même si elle permet souvent de présumer un danger de fuite en raison de l'importance de la peine dont le prévenu est menacé (ATF 125 I 60 consid. 3a p. 62; 117 Ia 69 consid. 4a p. 70; 108 Ia 64 consid. 3 p. 67).
6.2 Le recourant conteste en vain l'existence d'un risque de fuite. En effet, comme relevé par l'instance précédente, il est de nationalité étrangère et n'a aucune attache avec la Suisse dont il foulait le territoire pour la première fois le 15 octobre 2011. En outre, la gravité des charges pesant contre lui fait clairement redouter qu'il ne quitte la Suisse pour se soustraire à la poursuite pénale engagée contre lui. D'ailleurs, lors de sa précédente libération par le Ministère public après son interpellation du 15 octobre 2011, il avait alors immédiatement quitté le territoire helvétique. Les éléments qu'il invoque (sa situation de père de famille en Albanie; la présence d'un cousin en Italie) sont manifestement insuffisants à faire admettre l'invraisemblance du risque de fuite.
6.3 Enfin, les mesures de substitution susceptibles de pallier le risque de fuite proposées par le recourant apparaissent clairement insuffisantes au regard de l'intensité dudit risque. En effet, l'assignation à résidence, le dépôt des papiers d'identité, l'interdiction de quitter la Suisse, l'obligation de se présenter périodiquement aux autorités suisses, la fourniture de sûretés ou le port du bracelet électronique ne sont pas de nature à empêcher une personne dans la situation du recourant de s'enfuir à l'étranger.
L'affirmation d'un risque de fuite dispense d'examiner s'il existe aussi un danger de collusion au sens de l'art. 221 al. 1 let. b CPP.
7. Invoquant enfin le principe de célérité, le recourant estime que l'instruction devrait déjà être clôturée. Il fait en particulier grief au Ministère public de ne plus avoir mené aucun acte d'instruction depuis qu'il a procédé à son audition personnelle le 27 avril 2012, à l'exception de la requête de prolongation de la détention provisoire du 11 juillet 2012.
Concrétisant le principe de célérité, l'art. 5 CPP impose aux autorités pénales d'engager les procédures pénales sans délai et de les mener à terme sans retard injustifié (al. 1), la procédure devant être conduite en priorité lorsqu'un prévenu est placé en détention (al. 2). L'incarcération peut être disproportionnée en cas de retard injustifié dans le cours de la procédure pénale (ATF 128 I 149 consid. 2.2.1 p. 151; 123 I 268 consid. 3a p. 273; 116 Ia 147 consid. 5a; 107 Ia 257 consid. 2 et 3). Il doit toutefois s'agir d'un manquement particulièrement grave, faisant au surplus apparaître que l'autorité de poursuite n'est plus en mesure de conduire la procédure à chef dans un délai raisonnable (ATF 128 I 149 consid. 2.2.1 p. 151 s.). Le caractère raisonnable de la durée d'une procédure pénale s'apprécie selon les circonstances particulières de la cause, eu égard en particulier à la complexité de l'affaire, au comportement du requérant et à celui des autorités compétentes, ainsi qu'à l'enjeu du litige pour l'intéressé (ATF 133 I 270 consid. 3.4.2 p. 281 et les arrêts cités).
Eu égard à la complexité du dossier ayant pour objet un trafic international de stupéfiant impliquant plusieurs protagonistes, il n'apparaît pas que les autorités de poursuites pénales suisses aient contrevenu à leur obligation de diligence dans la conduite de l'enquête. En effet, celle-ci nécessite de nombreuses mesures d'investigation en Suisse et à l'étranger (auditions des divers prévenus; analyse des contrôles téléphoniques; commissions rogatoires adressées à l'Albanie). La critique du recourant quant au fait que le Ministère public n'aurait procédé à aucune mesure d'instruction depuis avril 2012 tombe à faux, puisque le prévenu a été entendu par la police à plusieurs reprises durant les mois de mai et juin 2012. De plus, le Ministère public a indiqué que les résultats de l'entraide internationale adressée en juin 2012 aux autorités albanaises étaient encore attendus et que les analyses des contrôles téléphoniques et des données de la vingtaine de téléphones portables et de cartes SIM incriminés étaient encore en cours; certains détenteurs de raccordement n'avaient pas encore pu être identifiés. Les autorités judiciaires apparaissent dès lors poursuivre l'enquête sans désemparer. Il y a donc lieu de constater que le principe de célérité est en l'état respecté, de sorte que ce dernier grief doit lui aussi être rejeté.
8. Il s'ensuit que le recours doit être rejeté, dans la mesure de sa recevabilité. Compte tenu des circonstances, l'assistance judiciaire doit être accordée au recourant (art. 64 al. 1 LTF). Celui-ci requiert la désignation de Me Julian Burkhalter en qualité d'avocat d'office. Il y a lieu de faire droit à cette requête et de fixer d'office les honoraires de l'avocat, qui seront supportés par la caisse du Tribunal fédéral (art. 64 al. 2 LTF). Le recourant est en outre dispensé des frais judiciaires (art. 64 al. 1 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté, dans la mesure où il est recevable.
2. La demande d'assistance judiciaire est admise. Me Julian Burkhalter est désigné comme défenseur d'office du recourant et ses honoraires, supportés par la caisse du Tribunal fédéral, sont fixés à 1'500 francs.
3. Il n'est pas perçu de frais judiciaires.
4. Le présent arrêt est communiqué au mandataire du recourant, au Ministère public central et au Tribunal cantonal du canton de Vaud, Chambre des recours pénale.
Lausanne, le 10 octobre 2012
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Fonjallaz
La Greffière: Arn