Sachverhalt:
A. X._ wird vorgeworfen, er habe am 17. Mai 2009 als Lenker seines Personenwagens zu den jeweils vor ihm fahrenden Fahrzeugen einen ungenügenden Abstand eingehalten. Dies betraf die Strecke von rund 900 Metern auf der Flughofstrasse in Rümlang, Fahrtrichtung Oberglatt, ab Höhe der Zufahrt zum Tor 130 bis zur Einfahrt zum Hotel Park Inn sowie die 700 Meter lange Strecke ab der Einmündung Hofwiesenstrasse/Flughofstrasse bis zum Verkehrskreisel Flughofstrasse/Riedmattsrasse. Ausserdem erging eine Anzeige wegen Unterlassung der Richtungsanzeige. Das Statthalteramt Dielsdorf büsste X._ am 21. August 2009 mit Fr. 400.--.
B. Das Bezirksgericht Dielsdorf sprach X._ am 16. November 2010 vom Vorwurf des Fahrens mit ungenügendem Abstand frei und belegte ihn wegen Unterlassung der Richtungsanzeige mit einer Ordnungsbusse von Fr. 100.--. Die Verurteilung erwuchs in Rechtskraft. Die vom Statthalteramt Dielsdorf gegen den Freispruch erhobene Berufung hiess das Obergericht des Kantons Zürich am 9. Mai 2012 gut. Es bestrafte X._ wegen ungenügenden Abstands mit einer Busse von Fr. 400.--.
C. X._ erhebt Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt, das Urteil des Obergerichts des Kantons Zürich vom 9. Mai 2012 sei aufzuheben. Er sei von Schuld und Strafe freizusprechen. Eventualiter sei die Sache zur neuen Entscheidung an das Obergericht zurückzuweisen.

Erwägungen:
1. Die Vorinstanz wendet zu Recht die bis zum 31. Dezember 2010 in Kraft stehende Strafprozessordnung des Kantons Zürich an (Art. 453 Abs. 1 der schweizerischen Strafprozessordnung vom 5. Oktober 2007 [StPO, SR 312.0]).
2. 2.1 Der Beschwerdeführer rügt, die Vorinstanz habe die Angemessenheit der erstinstanzlichen Sachverhaltsfeststellung überprüft, obwohl der Tatvorwurf lediglich eine Übertretung betreffe. Gemäss <ref-law>/ZH hätte sie lediglich bei erheblichen Bedenken gegen die Richtigkeit der Tatsachenfeststellung eingreifen dürfen. Entgegen der vorinstanzlichen Auffassung habe die erste Instanz keine willkürliche Beweiswürdigung vorgenommen. Es sei vielmehr die Vorinstanz, die willkürlich auf die Aussagen der beiden Polizeibeamten abstelle und diejenigen seiner Ehefrau sowie der Tochter nahezu unberücksichtigt lasse. Sie begründe die Glaubwürdigkeit der Polizeibeamten mit deren kohärenten Aussagen. Umgekehrt benutze sie dasselbe Argument, um die Glaubwürdigkeit der Familienmitglieder in Zweifel zu ziehen. Richtigerweise hätte eine Abwägung der Aussagen stattfinden müssen (Beschwerde, S. 9 f. und S. 11 f.). Das Statthalteramt habe in seiner Berufung die Würdigung der Zeugenaussagen nicht als willkürlich bezeichnet, sondern bemängelt, die erste Instanz habe diese nicht richtig abgewogen. Eine solche Abwägung liege im Ermessensbereich des Richters und könne im Rahmen der beschränkten vorinstanzlichen Kognition nicht in Frage gestellt werden (Beschwerde, S. 8 f.).
Der Beschwerdeführer bringt ausserdem vor, die Vorinstanz bezeichne seine Aussagen zur gefahrenen Geschwindigkeit zu Unrecht als nicht konstant bzw. widersprüchlich. Seine Angabe, er habe immer die Höchstgeschwindigkeit von 80 km/h eingehalten, stehe mit der Aussage jedoch nicht im Widerspruch, er sei etwa 10 km/h langsamer gefahren als erlaubt (Beschwerde, S. 10 f.). Die Vorinstanz verletze ferner den Grundsatz "in dubio pro reo", da sie unter Berücksichtigung sämtlicher Zeugenaussagen zum Schluss hätte gelangen müssen, dass keine gegenüber den anderen überzeugender sei. Entsprechend hätte sie im Zweifel vom günstigsten Sachverhalt für ihn ausgehen müssen (Beschwerde, S. 12 f.).
2.2 2.2.1 Die Vorinstanz weist auf ihre beschränkte Kognitionsbefugnis gemäss <ref-law>/ZH hin. Der Anfechtungsgrund der unrichtigen Tatsachenfeststellung ermögliche im Sinne einer Notbremse, offensichtliche Fehler bei der Feststellung bzw. Würdigung der dem Urteil zugrunde liegenden Tatsachen zu korrigieren. Sie (die Vorinstanz) könne in die Tatsachenfeststellung nur eingreifen, wenn der Vorderrichter den Gesetzesrahmen überschreite, die Tatsachenfeststellung nahezu unhaltbar oder abwegig sei oder wenn erhebliche Bedenken an deren Richtigkeit bestünden.
2.2.2 Die Vorinstanz stuft die Würdigung der Zeugenaussagen durch die erste Instanz als willkürlich ein. Es bestehe kein Anlass, an der Glaubwürdigkeit der unter Strafdrohung bei Falschaussagen einvernommenen Polizeibeamten als Zeugen zu zweifeln. Es sei auch kein Grund erkennbar, weshalb die beiden Polizeibeamten den Beschwerdeführer zu Unrecht beschuldigen sollten. Deren Aussagen seien deshalb für die Sachverhaltsfeststellung zu berücksichtigen. Beide hätten übereinstimmend und kohärent ausgesagt, dass der Beschwerdeführer lediglich einen Abstand von zehn bis 15 Metern zum jeweils vor ihm fahrenden Fahrzeug eingehalten habe. Dass sich die beiden Polizisten teilweise auf den Polizeirapport hätten berufen müssen und diesen vor der Einvernahme nochmals durchgelesen hätten, sei 1 1⁄4 Jahre nach dem Rapport nachvollziehbar. Derjenige Polizeibeamte, der den Rapport verfasst habe, habe anschaulich erklärt, wie die Abstände zwischen zwei Fahrzeugen abzuschätzen seien. Ein Rapport werde anhand der vorhandenen Notizen innerhalb von ein bis zwei Wochen erstellt, weshalb er jeweils noch genau wisse, was vorgefallen sei. Gemäss bundesgerichtlicher Rechtsprechung könne auf Abstandsschätzungen von Polizeibeamten ohne weiteres abgestellt werden (Urteil, S. 7 f.).
2.2.3 Die Vorinstanz würdigt die Aussagen des Beschwerdeführers, wonach er einen Abstand von mindestens 25 Metern zu den vorausfahrenden Fahrzeugen eingehalten habe, mit Zurückhaltung, da er nicht zu einer wahrheitsgemässen Aussage verpflichtet sei und ein legitimes Interesse habe, das inkriminierte Verhalten in einem günstigeren Licht darzustellen. Zudem habe er nicht konstant und widersprüchlich zu seiner gefahrenen Geschwindigkeit ausgesagt. Dass seine Aussagen von der Ehefrau und seiner Tochter weitgehend bestätigt würden, dürfe nicht überbewertet werden. Es sei auffallend, dass sich beide erstaunlich gut an den von ihnen wahrgenommenen Fahrzeugabstand hätten erinnern können, obwohl es an sich eine ganz gewöhnliche Fahrt gewesen sei. Die erste Instanz begründe die übereinstimmenden Aussagen mit den innerhalb der Familie geführten Diskussionen im Vorfeld der polizeilichen Befragung. Die Vorinstanz schliesst daraus, es könne nicht davon ausgegangen werden, dass die Aussagen der Ehefrau und der Tochter ausschliesslich auf eigenen Wahrnehmungen beruhten. Zudem sei nicht nachvollziehbar, dass beide den Abstand zu den unmittelbar vorausfahrenden Fahrzeugen als ausreichend einstuften, obwohl sie das zweite Fahrzeug nicht wahrgenommen hätten. Entgegen der Auffassung der ersten Instanz könnten diese Aussagen diejenigen der beiden Polizeibeamten nicht in Frage stellen. Die Beweiswürdigung der Vorinstanz sei daher nicht haltbar (Urteil, S. 9 f.).
2.3 Das Bundesgericht prüft die Auslegung und Anwendung kantonalen Rechts nur unter dem beschränkten Gesichtswinkel der Willkür (<ref-ruling> E. 2). Wird eine willkürliche Anwendung kantonalen Rechts gerügt, gelten qualifizierte Anforderungen an die Begründung (<ref-law>; <ref-ruling> E. 4.2.3; <ref-ruling> E. 1.3.1; je mit Hinweisen).
2.4 Der Beschwerdeführer rügt eine Verletzung von <ref-law>/ZH. Nach dieser Vorschrift prüft das Berufungsgericht das Urteil im Rahmen der Berufungsanträge frei (Abs. 1). Betrifft das Urteil wie vorliegend eine Übertretung, für die nur eine Busse ausgefällt worden ist, prüft das Obergericht nach Abs. 2 derselben Bestimmung nur, (1) ob das Urteil auf einem Verfahrensfehler beruht; (2) ob Fehler in der Anwendung des materiellen Rechts vorliegen; (3) ob erhebliche Bedenken gegen die Richtigkeit der Tatsachenfeststellung bestehen.
2.5 Der Anfechtungsgrund der erheblichen Bedenken gegen die Richtigkeit der Tatsachenfeststellung gemäss <ref-law>/ZH geht weiter als die Rüge der Willkür (NIKLAUS SCHMID, Strafprozessrecht, 4. Aufl., 2004, Rz. 1035a). Die Vorinstanz wendet <ref-law>/ZH nicht willkürlich an, indem sie die erstinstanzliche Beweiswürdigung als unhaltbar qualifiziert und eine andere Gewichtung und Bewertung der verschiedenen Zeugenaussagen vornimmt. Mit ihrer Annahme, die erste Instanz habe zu Unrecht nicht auf die Zeugenaussagen der beiden Polizeibeamten abgestellt, erhebt sie Bedenken gegen die Richtigkeit der erstinstanzlichen Tatsachenfeststellung. Dass die Vorinstanz diese als erheblich im Sinn des kantonalen Rechts bezeichnet hat, ist nicht willkürlich. Daran ändert nichts, dass auch der gegenteilige Standpunkt des Beschwerdeführers vertretbar gewesen wäre.
2.6 Gemäss <ref-law> kann die Feststellung des Sachverhalts durch die Vorinstanz nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Verletzung von schweizerischem Recht im Sinne von <ref-law> beruht. Die Rüge der offensichtlich unrichtigen, d.h. willkürlichen Feststellung des Sachverhalts prüft das Bundesgericht gemäss <ref-law> ebenfalls nur insoweit, als sie in der Beschwerde explizit vorgebracht und substantiiert begründet worden ist. In der Beschwerde muss im Einzelnen dargelegt werden, inwiefern der angefochtene Entscheid an einem qualifizierten und offensichtlichen Mangel leidet. Auf eine bloss appellatorische Kritik am angefochtenen Urteil tritt das Bundesgericht nicht ein (<ref-ruling> E. 2.8; <ref-ruling> E. 1.4; <ref-ruling> E. 1.4.2; <ref-ruling> E. 2.1 und 2.2).
2.7 Willkür im Sinne von <ref-law> liegt nach ständiger Rechtsprechung nicht schon vor, wenn das angefochtene Urteil nicht mit der Darstellung des Beschwerdeführers übereinstimmt oder eine andere Lösung oder Würdigung vertretbar erscheint oder gar vorzuziehen wäre, sondern nur, wenn der angefochtene Entscheid auf einer schlechterdings unhaltbaren oder widersprüchlichen Beweiswürdigung beruht, mit der tatsächlichen Situation in klarem Widerspruch steht, eine Norm oder einen unumstrittenen Rechtsgrundsatz krass verletzt oder in stossender Weise dem Gerechtigkeitsgedanken zuwiderläuft (<ref-ruling> E. 7.1; <ref-ruling> E. 7; <ref-ruling> E. 2.4 je mit Hinweisen).
2.8 Ob die vorinstanzliche Beweiswürdigung in der Sache zutreffend ist, kann das Bundesgericht nur unter dem beschränkten Blickwinkel der Willkür überprüfen. Es ist aus dieser Sicht nicht zu beanstanden, wenn die Vorinstanz auf die als glaubwürdig und kohärent eingestuften Aussagen der beiden Polizeibeamten abstellt, welche die inkriminierte Handlung des Beschwerdeführers beobachtet und rapportiert haben. Der Beschwerdeführer beanstandet denn auch nicht Inhalt und Qualität der polizeilichen Zeugenaussagen. Er vermag mit seiner Rüge, die Vorinstanz habe einzig auf diese Aussagen abgestellt, keine Willkür in der vorinstanzlichen Beweiswürdigung aufzuzeigen. Sie begründet nachvollziehbar, weshalb sie die Aussagen der Angehörigen des Beschwerdeführers als weniger glaubwürdig einstuft als diejenigen der beiden Polizeibeamten. Der Schluss der Vorinstanz, die erstinstanzliche Beweiswürdigung sei nicht nachvollziehbar bzw. rufe erhebliche Bedenken hervor, hält der bundesgerichtlichen Willkürprüfung stand.
Dahingestellt bleiben kann, ob die Vorinstanz die Aussagen des Beschwerdeführers zur gefahrenen Geschwindigkeit zu Recht als widersprüchlich bezeichnet hat, da in jedem Fall von einem zu geringen Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug auszugehen ist (vgl. dazu die Ausführungen in E. 3).
2.9 Der in <ref-law> und in Art. 6 Ziff. 2 EMRK verankerte Grundsatz "in dubio pro reo" besagt als Beweiswürdigungsregel, dass sich der Strafrichter nicht von der Existenz eines für den Angeklagten ungünstigen Sachverhalts überzeugt erklären darf, wenn bei objektiver Betrachtung erhebliche und nicht zu unterdrückende Zweifel bestehen, ob sich der Sachverhalt so verwirklicht hat (<ref-ruling> E. 2a mit Hinweis). Das Gericht muss auf die für den Angeklagten günstigste Version abstellen, wenn sich nicht sicher oder mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit sagen lässt, dass sich der Sachverhalt anders zugetragen hat. Dem Sachrichter muss auf dem Gebiet der Beweiswürdigung und namentlich auch bei der Beurteilung der Glaubwürdigkeit der angeschuldigten Person ein gewisser Ermessensspielraum zugestanden werden. Dies gilt auch vorliegend. Die Vorinstanz verletzt den Grundsatz "in dubio pro reo" nicht, wenn sie willkürfrei von der Sachverhaltsversion der beiden Polizeibeamten ausgeht und die davon abweichenden Zeugenaussagen der Angehörigen des Beschwerdeführers als unglaubwürdig einstuft.
3. 3.1 Der Beschwerdeführer macht geltend, die "halbe-Tacho-Regel" zur Bestimmung des ausreichenden Abstands zum voranfahrenden Fahrzeugs sei technisch überholt, da die heutigen Fahrzeugbremsen deutlich bessere Verzögerungseigenschaften gegenüber früheren Modellen aufweisen würden. Zudem habe der vorausfahrende Hotelbus eine weniger starke Bremsleistung gehabt als sein Personenwagen. Bei einer Geschwindigkeit von 70 km/h sei der von ihm eingehaltene Abstand von 25 Metern völlig ausreichend. Dies gelte auch, wenn gemäss Polizeirapport von einem Abstand von lediglich 15 Metern ausgegangen werde. Das Merkblatt der mobilen Einsatzpolizei des Kantons Aargau bezeichne im Übrigen bei einer Geschwindigkeit von 80 km/h einen Abstand von 25 Metern noch als genügend. Eine Verkehrsregelverletzung liege nicht vor (Beschwerde, S. 13 ff.).
3.2 Die Vorinstanz geht gemäss ihrer Sachverhaltsfeststellung von einer Geschwindigkeit des Beschwerdeführers von 80 km/h und einem Abstand zu den jeweils vor ihm fahrenden Fahrzeugen von 15 Metern aus. Ein derart geringer Abstand sei auch bei günstigen Strassen- und Sichtverhältnissen zu klein, um bei brüskem Bremsen des vorausfahrenden Fahrzeugs noch rechtzeitig anhalten zu können. Bereits der Reaktionsweg des Beschwerdeführers hätte bei einer durchschnittlichen Reaktionszeit von einer Sekunde über 22 Meter betragen. Angemessen wäre gemäss den Regeln "halber Tacho" bzw. Abstand von "Zwei-Sekunden" eine Distanz von rund 40 Metern gewesen (Urteil, S. 11 f.).
3.3 Nach <ref-law> ist gegenüber allen Strassenbenützern ein ausreichender Abstand zu wahren, namentlich beim Kreuzen und Überholen sowie beim Neben- und Hintereinanderfahren. Der Fahrzeugführer hat beim Hintereinanderfahren einen ausreichenden Abstand zu wahren, so dass er auch bei überraschendem Bremsen des voranfahrenden Fahrzeugs rechtzeitig halten kann (Art. 12 Abs. 1 VRV). Was unter einem "ausreichenden Abstand" im Sinne von <ref-law> zu verstehen ist, hängt von den gesamten Umständen ab, namentlich von den Strassen-, Verkehrs- und Sichtverhältnissen sowie der Beschaffenheit der beteiligten Fahrzeuge. Im Sinne von Faustregeln stellt die Rechtsprechung für Personenwagen auf die Regel "halber Tacho" (entsprechend 1,8 Sekunden) und die "Zwei-Sekunden"-Regel ab (zum Ganzen <ref-ruling> E. 3.1 mit Hinweisen). Diese Distanz entspricht ungefähr der Anhaltestrecke bei plötzlichem ordnungsgemässem Bremsen und Anhalten des vorausfahrenden Personenwagens (<ref-ruling> E. 2b).
3.4 Die Vorbringen des Beschwerdeführers gehen an der Sache vorbei. Ein genügender Abstand hat sich aus Praktikabilitätsgründen an einfachen Faustregeln zu orientieren. Von den Verkehrsteilnehmern kann und darf nicht erwartet werden, vor und während der Fahrt eine individuelle Bremsrechnung unter Berücksichtigung der mutmasslichen Bremsleistung der beteiligten Fahrzeuge vorzunehmen. Diese Faustregeln haben zudem eine gewisse Sicherheitsmarge aufzuweisen, da die Bremsleistungen der verschiedenen Fahrzeuge im Strassenverkehr je nach Gewicht und Alter sehr unterschiedlich sein können. Auch wenn in den letzten Jahren eine Verbesserung der Bremssysteme von Fahrzeugen erzielt wurde, sind die wichtigen - fahrzeugunabhängigen - Faktoren für die Berechnung des Bremswegs, wie die Reaktionszeit sowie die Strassen- und Witterungsverhältnisse, konstant. Es besteht keine Veranlassung, auf die Regel "halber Tacho" und die "Zwei-Sekunden"-Regel zurückzukommen.
Der von der Vorinstanz willkürfrei festgestellte Fahrzeugabstand von 15 Metern erweist sich bei der vom Beschwerdeführer gefahrenen Geschwindigkeit von 80 km/h als zu klein. Daran vermag das vom Beschwerdeführer beigebrachte Merkblatt der mobilen Einsatzpolizei des Kantons Aargau nichts zu ändern. Die Vorinstanz ist gemäss der Regel "halber Tacho" korrekt von einem Mindestabstand von 40 Metern ausgegangen und hat den Beschwerdeführer zu Recht wegen einer einfachen Verkehrsregelverletzung gebüsst.
Selbst wenn entgegen der Vorinstanz auf die Angaben des Beschwerdeführers abgestellt würde, der mit einer Geschwindigkeit von lediglich 70 km/h gefahren sein will, hätte er einen Abstand von 35 Metern einhalten müssen. Der von ihm eingeräumte Abstand von 25-30 Meter zu den jeweils vorausfahrenden Fahrzeugen wäre auch in diesem Fall ungenügend gewesen.
4. Die Beschwerde ist abzuweisen. Bei diesem Verfahrensausgang sind die bundesgerichtlichen Kosten dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 4'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, II. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 28. September 2012
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Das präsidierende Mitglied: Schneider
Der Gerichtsschreiber: Keller