Fatti:
A. Con petizione del 14 marzo 2005, le Casse malati elencate in rubrica, rappresentate da Santésuisse Ticino, hanno inoltrato petizione al Tribunale arbitrale del Cantone Ticino in materia di assicurazione contro le malattie e gli infortuni, sostenendo che per l'anno 2003 il medico dott. Z._ avrebbe fatto registrare un costo medio per paziente di fr. 1'246.36 per rispetto al costo medio della sua categoria di fr. 728.29, ciò che corrispondeva ad un indice del 171 %. Ritenuto l'indice per la soglia di ineconomicità stabilito nella misura del 100 % + 50 %, il divario tra la media del gruppo aumentata del 50 % e quella del medico veniva stabilito in fr. 153.92, con una percentuale a sfavore di quest'ultimo del 12,35 %. Visto l'incasso globale del medico secondo la statistica di Santésuisse di fr. 310'343, l'importo da rimborsare alle Casse malati per ricondurre la media all'indice di 150 % veniva stabilito in fr. 38'326.39. La parte attrice richiamava la bontà del metodo statistico comparativo e faceva valere che nel 2003 il dott. Z._ aveva trattato 249 pazienti, diminuendone quindi progressivamente il numero ma aumentando per contro gli incassi.
Dal canto suo, il dott. Z._ giudicava incompatibili le cifre pretese da Santésuisse per rispetto a quelle della sua fatturazione. Sosteneva che il metodo di calcolo sarebbe stato da svolgere tenendo conto come periodo di riferimento quello intercorrente tra il 15 novembre 2002 ed il 15 novembre 2003, durante il quale egli aveva avuto, comprese le persone che non si erano presentate, un totale di 270 pazienti. Con un fatturato complessivo riferito a quel periodo di fr. 346'000, ritenute le deduzioni di fr. 5'800 per visite mancate non rimborsate dalle casse malati e di fr. 34'600 corrispondenti al 10 % di norma a carico del paziente, il valore oggettivo di valutazione di ineconomicità sarebbe stato di fr. 305'600. Suddiviso su 270 pazienti, avrebbe dato un costo unitario di fr. 1'131.85, con un indice di poco superiore ai 150 %. Il medico sosteneva poi di aver anticipato, in previsione dell'entrata in vigore del nuovo TARMED, la fatturazione per prestazioni che di norma lo sarebbero state solo nel 2004. Produceva la fatturazione per il periodo 30 settembre - 30 ottobre 2003 per complessivi fr. 59'713, a sostegno del fatto che si sarebbe trattato di un avvenimento eccezionale, valutandone l'eccesso per rispetto alla media in fr. 36'000, da dedursi dalla somma complessiva di fr. 310'343, ciò che avrebbe riportato i costi unitari in limiti al di sotto della soglia di ineconomicità. Il sanitario affermava in seguito essere la struttura del suo studio dissimile da quella degli altri colleghi presi in considerazione. Egli censurava inoltre il fatto che si fosse tenuto conto solo dei costi diretti. Rilevava di avere nel 2003 seguito diversi pazienti richiedenti cure particolari. Criticava infine l'applicazione del metodo statistico nei suoi confronti.
B. Con pronunzia del 10 settembre 2007, il Tribunale arbitrale, operando un calcolo sulla base dei primi undici mesi del 2003, ha parzialmente accolto la petizione, nel senso che ha ricondotto da fr. 38'326.39 a fr. 30'512.40, oltre ad interessi al 5 % dal 14 marzo 2005, l'importo da restituire per trattamento ineconomico durante l'esercizio 2003.
C. Avverso la pronunzia cantonale il dott. Z._ presenta un ricorso in materia di diritto pubblico, chiedendo che al gravame venga assegnato l'effetto sospensivo. Ripreso in sostanza quanto già asserito in sede della istanza precedente, segnatamente riguardo alla mancata presa in considerazione dei costi indotti, protestate tasse, spese e ripetibili, lamenta un accertamento dei fatti manifestamente inesatto e una violazione del diritto federale, concludendo in via principale che in annullamento della sentenza arbitrale la petizione del 14 marzo 2005 sia integralmente respinta. In via subordinata postula che gli atti siano rinviati all'autorità inferiore, affinché pronunci una nuova decisione ai sensi dei considerandi della sentenza del Tribunale federale.
Le Casse opponenti chiedono che in quanto ricevibile, il ricorso sia respinto. L'Ufficio federale della sanità pubblica ha rinunciato ad esprimersi.

Diritto:
1. Con decreto dell'11 febbraio 2008 l'istanza di assegnazione dell'effetto sospensivo al ricorso è stata accolta.
2. Il ricorso può essere presentato per violazione del diritto federale (<ref-law>), che il Tribunale federale applica d'ufficio (<ref-law>). Esso non è vincolato né dagli argomenti sollevati nel ricorso né dai motivi addotti dall'autorità inferiore (cfr. <ref-ruling> consid. 1.4 pag. 140). Il Tribunale federale fonda la sua sentenza sui fatti accertati dall'autorità inferiore (<ref-law>). Può scostarsi da questo accertamento solo qualora esso sia avvenuto in modo manifestamente inesatto o in violazione del diritto ai sensi dell'<ref-law> (<ref-law>).
3. Ai considerandi della pronunzia cantonale può essere fatto riferimento per quanto attiene alle norme di legge, alla giurisprundenza e alla dottrina ricordate, in particolare per quel che concerne la bontà del metodo statistico e l'indice del 150 % ammesso in Ticino sino a fine 2003.
3.1 Nel suo gravame, l'insorgente fa valere che a torto il Tribunale arbitrale avrebbe ritenuto il numero di pazienti - 249 - indicato da Santésuisse Ticino e non quello da lui avanzato di 272. Invoca un accertamento manifestamente inesatto dei fatti da parte dell'istanza inferiore. Questa censura non è fondata né quindi è di rilievo. La Corte cantonale ha infatti implicitamente ammesso, pur non menzionando il motivo nella sua pronunzia, che nelle statistiche sono registrati solo i pazienti che presentano note alla cassa malati e che inoltre tutti i medici hanno un certo numero di pazienti che non fanno capo all'assicuratore contro le malattie.
3.2 Il ricorrente argomenta pure che la propria effettiva attività di studio si distingue da quella del gruppo di riferimento per il fatto che diversamente dai colleghi egli non pratica in nessuna misura l'attività di consulenza. Sostiene che, non avendo tenuto conto di questa particolarità, l'istanza inferiore avrebbe violato il principio di diritto federale dell'economicità. Tuttavia, anche questo addebito, ossia l'addotta "Praxisbesonderheit" dello studio del ricorrente, non è fondato né quindi è rilevante. Infatti, contrariamente a quanto sostenuto nel gravame, tale asserto non è documentato e non entra pertanto in considerazione quale circostanza provata con le fatture rese agli atti dell'istanza inferiore. Le stesse considerazioni valgono per quel che concerne l'affermazione secondo cui avrebbe nel 2003 trattato pazienti richiedenti particolari cure.
3.3 Rimane però, quale argomento fondato e pertinente invocato dal ricorrente, che la pronunzia querelata non tiene conto della recente giurisprudenza di cui a <ref-ruling>. In tale sentenza è stato giudicato che determinante per l'esame della questione dell'economicità è di principio l'indice dei costi complessivi e non solo quello dei costi diretti (<ref-ruling> consid. 5.3.3 e 5.3.4 pag. 39 seg.). Come le casse opponenti stesse sembrano ammettere nella loro risposta al gravame, l'applicazione di questa giurisprudenza al caso concreto è suscettibile di rimaneggiare l'importo chiesto in restituzione dal dott. Z._.
4. In queste condizioni si giustifica la parziale ammissione del ricorso, la causa essendo rinviata al Tribunale arbitrale per nuova pronunzia, tenuto conto di quest'ultima considerazione.
5. Dato l'esito della vertenza, le spese giudiziarie sono ripartite tra le parti (<ref-law>) ed il ricorrente ha diritto al risarcimento di spese ripetibili ridotte (<ref-law>).

Per questi motivi, il Tribunale federale pronuncia:
1. In accoglimento del ricorso, la pronunzia del Tribunale arbitrale in materia di assicurazione contro le malattie e gli infortuni del 10 settembre 2007 è annullata nella misura in cui, avendo per oggetto il tema litigioso esposto al consid. 3.3, la causa è rinviata alla giurisdizione cantonale affinché proceda nel senso esposto nel medesimo considerando.
2. Le spese giudiziarie per la procedura federale di un importo di fr. 3000 sono poste a carico delle Casse opponenti.
3. Le Casse opponenti verseranno in solido al ricorrente la somma di fr. 2500 (comprensiva dell'imposta sul valore aggiunto) a titolo di indennità di parte per la procedura federale.
4. Comunicazione alle parti, al Tribunale arbitrale in materia di assicurazione contro le malattie e gli infortuni e all'Ufficio federale della sanità pubblica.