Sachverhalt:
A. X._ wird vorgeworfen, am 22. August 2008 um 04.35 Uhr in Waldstatt Dorf die zulässige Höchstgeschwindigkeit innerorts von 50 km/h um 12 km/h überschritten zu haben.
B. Der Einzelrichter in Strafsachen des Kantonsgerichts von Appenzell Ausserrhoden verurteilte X._ am 31. März 2010 wegen einfacher Verletzung der Verkehrsregeln im Sinne von Art. 90 Ziff. 1 i.V.m. Art. 32 Abs. 2 SVG und Art. 4a Abs. 1 lit. a VRV zu einer Busse von Fr. 250 .--.
Auf Appellation von X._ hin bestätigte das Obergericht von Appenzell Ausserrhoden das Urteil des Einzelrichters am 21. März 2011 im Schuld- und Strafpunkt.
C. X._ führt Beschwerde in Strafsachen mit dem Antrag, das obergerichtliche Urteil sei aufzuheben. Er sei von Schuld und Strafe freizusprechen. Er macht geltend, am Freitag, den 22. August 2008 nicht durch Waldstatt gefahren zu sein, sondern am Montag, den 18. August 2008. Bei dieser letztgenannten Gelegenheit sei er "geblitzt" worden.
D. Mit Präsidialverfügung vom 6. Juni 2011 wurde der Beschwerde die aufschiebende Wirkung superprovisorisch zuerkannt.
Erwägungen:
1. Der Beschwerdeführer rügt eine Verletzung des Willkürverbots (Art. 9 BV) und des rechtlichen Gehörs (Art. 29 Abs. 2 BV).
1.1 Die vorinstanzliche Sachverhaltsfeststellung kann nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Art. 95 BGG beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (Art. 97 Abs. 1 BGG; vgl. auch Art. 105 Abs. 2 BGG). Offensichtlich unrichtig im Sinne von Art. 97 Abs. 1 BGG ist die Sachverhaltsfeststellung, wenn sie willkürlich ist (BGE 136 II 304 E. 2.4 S. 313 f.; vgl. zum Begriff der Willkür BGE 136 III 552 E. 4.2 S. 560 mit Hinweisen).
Zum Anspruch auf rechtliches Gehör gehört das Recht auf Abnahme der rechtzeitig und formrichtig angebotenen rechtserheblichen Beweise. Diese Verfassungsgarantie steht einer antizipierten Beweiswürdigung nicht entgegen. Das Gericht kann auf die Beweisabnahme verzichten, wenn es aufgrund bereits abgenommener Beweise seine Überzeugung gebildet hat und ohne Willkür annehmen kann, seine Überzeugung werde durch weitere Beweiserhebungen nicht geändert (BGE 134 I 140 E. 5.3).
Wird die Verletzung von Grundrechten (einschliesslich von Willkür bei der Sachverhaltsfeststellung) gerügt, gelten qualifizierte Anforderungen an die Begründung. Eine solche Rüge prüft das Bundesgericht nicht von Amtes wegen, sondern nur, wenn sie in der Beschwerde vorgebracht und substanziiert begründet worden ist. Das bedeutet, dass klar und detailliert anhand der Erwägungen des angefochtenen Entscheids darzulegen ist, inwiefern verfassungsmässige Rechte verletzt worden sein sollen (Art. 106 Abs. 2 BGG; BGE 137 IV 1 E. 4.2.3 S. 5; 136 I 65 E. 1.3.1 S. 68; je mit Hinweisen).
1.2 Vorliegend wurde ein Gutachten zur Geschwindigkeitsmessung beim Bundesamt für Metrologie METAS eingeholt. Der Gutachter bestätigte auf Nachfrage, ihm seien zur Gutachtenerstellung die Originalbilder zur Verfügung gestanden. Anhand dieser habe er die ihm gestellten Fragen ausreichend beantworten können (kantonale Akten, act. A20). Die vorliegende Messung sei durch zwei Frontbilder und zwei Heckbilder dokumentiert. Die Datenintegrität (Unversehrtheit der Bildinformation und der eingeblendeten Daten) aller Files sei überprüft worden und erweise sich als korrekt. Die Zuordnung der Bildinformation zu den Messdaten werde durch die digitale Signatur garantiert (kantonale Akten, act. A14, Gutachten vom 20. September 2010, S. 4). Gestützt darauf durfte die Vorinstanz ohne Verfassungsverletzung davon ausgehen, dass dem Gutachter die massgeblichen Dokumente (Bilder mit eingeblendeten Daten) im Original vorlagen und nicht nur - wie der Beschwerdeführer bereits im kantonalen Verfahren geltend machte - in Kopie (vgl. angefochtenen Entscheid S. 12; Beschwerde, S. 4, 5). Von einer willkürlichen Beweiswürdigung kann unter diesen Umständen ebenso wenig die Rede sein wie von einer Gehörsverletzung. Der Beweisergänzungsantrag des Beschwerdeführers auf Beizug der Originaldaten zielt vor diesem Hintergrund ins Leere (Beschwerde, S. 4). Im Übrigen verkennt er, dass das Bundesgericht nicht selbst Beweise abnimmt, um einen allfällig lückenhaften Sachverhalt zu ergänzen (vgl. BGE 133 IV 293 E. 3.4.2). Insoweit erweist sich der Antrag als unzulässig.
1.3 Die weiteren Einwände in der Beschwerde gegen die Beweiswürdigung der Vorinstanz gehen über eine rein appellatorische Kritik am angefochtenen Urteil nicht hinaus. Das gilt, soweit der Beschwerdeführer die vorinstanzliche Beurteilung betreffend die Richtigkeit der Messdaten einschliesslich der Datumsanzeige im Zusammenhang mit dem Gutachten als willkürbehaftet rügt, und ist auch der Fall, soweit er die Würdigung der Vorinstanz in Bezug auf die von ihm eingereichten, vom Lenker des Fahrzeugs xxx erhältlich gemachten Fotografien in Zweifel zieht (Beschwerde, S. 5). Der Beschwerdeführer legt insoweit, ohne auf die entsprechenden vorinstanzlichen Erwägungen (angefochtener Entscheid S. 11 f., 14) einzugehen, lediglich seine eigene Sicht der Dinge dar. Den Nachweis, dass die vorinstanzliche Beweiswürdigung willkürlich ist, bleibt er schuldig. Eine solche Kritik genügt den Anforderungen an eine Willkürrüge nicht (Art. 42 Abs. 2, Art. 106 Abs. 2 BGG). Darauf ist nicht einzutreten. Die Behauptung in der Beschwerde, die Vorinstanz habe gegenüber dem Lenker des Fahrzeugs xxx einen Manipulationsvorwurf bezüglich der "auf den Bildern dargestellten Zeiten" erhoben, findet im angefochtenen Entscheid keine Stütze.
Aus den gleichen Gründen vermag der Beschwerdeführer keine Willkür darzutun und ist auf die Beschwerde nicht einzutreten (Art. 42 Abs. 2, Art. 106 Abs. 2 BGG), soweit er die in antizipierter Beweiswürdigung erfolgte Abweisung seines Beweisantrags auf Zeugenbefragung eines Arbeitskollegen durch die Vorinstanz rügt. Er setzt sich auch insoweit mit der Begründung im angefochtenen Entscheid nicht auseinander, sondern behauptet lediglich, das offerierte Beweismittel sei zufolge unzutreffender Beweiswürdigung nicht abgenommen worden (Beschwerde S. 5).
2. Soweit der Beschwerdeführer den Grundsatz "nulla poena sine lege" als verletzt rügt, lässt er es an jeder Begründung fehlen und ist es auch nicht ersichtlich, dass und inwiefern der angefochtene Entscheid gegen das Legalitätsprinzip im Sinne von Art. 1 StGB verstossen könnte. Ebenso wenig ist eine Verletzung des Bestimmtheitsgebots im Sinne des Anklagegrundsatzes erkennbar. Die Anklage ist genügend bestimmt. Tatort, beteiligte Personen, Art des Delikts und Tatzeit sind darin bezeichnet (vgl. angefochtenen Entscheid, S. 11). Dem Beschwerdeführer wird nicht zur Last gelegt, er habe die Tat am 18. August 2008 begangen (Beschwerde S. 5). Die Rüge geht an der Sache vorbei.
3. Da der Beschwerdeführer unterliegt, hat er die bundesgerichtlichen Kosten zu tragen (Art. 66 Abs. 1 BGG). Das Gesuch um aufschiebende Wirkung wird mit dem Entscheid in der Sache gegenstandslos.
Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 2'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht von Appenzell Ausserrhoden, 1. Abteilung, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 17. Oktober 2011
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Mathys
Die Gerichtsschreiberin: Arquint Hill