Sachverhalt:
A. G._ (Beschwerdeführer), geboren 1975, erlitt am 12. September 2003 als angegurteter Beifahrer einen Autounfall. Der Personenwagen, in dem er sass, hatte vor einer Ampel angehalten, worauf der nachfolgende Personenwagen in das Heck auffuhr. Haftpflichtversicherung des Halters des den Unfall verursachenden Personenwagens war die Versicherung X._ AG (Beschwerdegegnerin).
B. Mit Klage vom 6. November 2009 beantragte der Beschwerdeführer dem Bezirksgericht Zürich, die Beschwerdegegnerin habe ihm aus der Haftpflichtversicherung Fr. 434'472.15, ferner aus der Insassenversicherung ein Invaliditätskapital von Fr. 12'000.--, gesamthaft Fr. 446'472.15 zuzüglich Zins zu 5 % seit dem 1. Mai 2010 zu bezahlen. Zur Begründung gab er an, er habe sich beim genannten Verkehrsunfall Verletzungen (HWS-Distorsionstrauma) zugezogen, die heute noch Auswirkungen zeitigten und zu einer dauernden Arbeitsunfähigkeit im Umfang von 20 % geführt hätten. Er macht Erwerbsausfallschaden, Genugtuung, Haushaltschaden, Selbstbehalt- und Franchisekosten sowie vorprozessuale Anwaltskosten geltend. Mit Urteil vom 18. Oktober 2010 wies das Bezirksgericht die Klage ab.
Dagegen erhob der Beschwerdeführer Berufung beim Obergericht des Kantons Zürich, das die Klage am 12. März 2012 ebenfalls abwies. Das Obergericht bestätigte die erstinstanzliche Annahme, dass die unfallbedingte dauerhafte Einschränkung in der Arbeitsfähigkeit des Beschwerdeführers unter 10 % liege. Wie schon das Bezirksgericht verneinte auch das Obergericht weiter den adäquaten Kausalzusammenhang zwischen dem Unfall und den heutigen Beschwerden des Beschwerdeführers.
C. Der Beschwerdeführer beantragt mit Beschwerde in Zivilsachen, das Urteil des Obergerichts aufzuheben. Die Beschwerdegegnerin habe dem Beschwerdeführer als Motorfahrzeughaftpflichtversicherer des Unfallereignisses vom 12. September 2003 Fr. 434'472.15, aus der Insassenversicherung ein Invaliditätskapital von Fr. 12'000.--, gesamthaft Fr. 446'472.15 zuzüglich Zins zu 5 % seit dem 1. Mai 2010 zu bezahlen. Eventualiter sei die Sache zur Neubeurteilung an die Vorinstanz bzw. an das Bezirksgericht zurückzuweisen.
Die Beschwerdegegnerin beantragt, die Beschwerde abzuweisen, das Urteil des Obergerichts zu bestätigen und die Klage abzuweisen. Eventualiter sei die Sache zur Beurteilung des haftpflichtrechtlichen Schadens und der Ansprüche aus der Insassenversicherung an die Vorinstanz bzw. an das Bezirksgericht zurückzuweisen. Die Vorinstanz verzichtete auf eine Vernehmlassung.
Der Beschwerdeführer replizierte auf die Antwort der Beschwerdegegnerin mit einem kurzen Hinweis.
D. Mit Präsidialverfügung vom 18. April 2012 wurde der Beschwerdeführer aufgefordert, als Sicherstellung einer allfälligen Parteientschädigung an die Beschwerdegegnerin Fr. 8'500.-- zu hinterlegen. Der Betrag ging in der Folge bei der Bundesgerichtskasse ein.

Erwägungen:
1. 1.1 Der Beschwerdeführer wirft der Vorinstanz vor, den Sachverhalt offensichtlich unrichtig festgestellt zu haben, indem sie annahm, dass sich die nicht unfallkausalen Beschwerden im linken Oberkiefer direkt auf die gutachterlich ermittelte Arbeitsfähigkeit des Beschwerdeführers auswirkten, und indem sie deshalb von einer unfallbedingten dauerhaften Einschränkung der Arbeitsfähigkeit von weniger als 10 % ausging. Dafür fänden sich in den ZMB-Gutachten keine Stütze. Die Gutachter hätten dem Beschwerdeführer eine 20%ige unfallbedingte Arbeitsunfähigkeit attestiert, weshalb davon auszugehen sei, dass allfällige Auswirkungen der nicht auf den Unfall zurückgeführten Oberkieferbeschwerden in den Ergebnissen nicht berücksichtigt seien. Von dieser gutachterlichen Einschätzung sei die Vorinstanz ohne Grund und damit in willkürlicher Weise abgewichen.
1.2 Zur Abklärung des medizinischen Sachverhalts lagen der Vorinstanz u.a. zwei Gutachten vom 10. November 2005 bzw. vom 27. November 2007 des Zentrums für Medizinische Begutachtung, Medizinische Abklärungsstelle der eidg. Invalidenversicherung (ZMB) vor. Von den Parteien wird nicht bestritten, dass darauf abzustellen ist.
Die Vorinstanz erwog dazu mit der Erstinstanz, es sei davon auszugehen, dass sich der Beschwerdeführer beim Unfall vom 12. September 2003 ein Distorsionstrauma der Halswirbelsäule zugezogen habe. Er beklage dafür ein typisches Beschwerdebild. So sei die Rotation der HWS linksseitig leicht eingeschränkt, wobei die klinischen Befunde im Nacken- und Schultergürtelbereich links aber als diskret zu beurteilen seien und keiner weiteren medizinischen Behandlung bedürften. Diese gesundheitliche Beeinträchtigung sei überwiegend wahrscheinlich auf den Unfall zurückzuführen und beeinflusse die Arbeitsfähigkeit. Die gemäss den Angaben des Beschwerdeführers eher akzentuiert erscheinenden Beschwerden im Bereich des linken Oberkiefers liessen eine neuropathische Genese (nervenleidender Ursprung) vermuten, wobei die Ursache hierfür aber unklar bleibe. Damit sei insofern der Beweis der natürlichen Kausalität nicht erbracht. Diese Beschwerden beeinflussten indes die Arbeitsfähigkeit. Die beklagten psychischen Störungen seien unfallfremd und ohne Einfluss auf die Arbeitsfähigkeit. Die von den Gutachtern attestierte Arbeitsunfähigkeit im Umfang von 20 % werde beeinflusst einerseits durch die unfallbedingte diskrete und nicht weiter behandlungsbedürftige Nacken- und Schultergürtelproblematik sowie andererseits durch die weiterhin behandlungsbedürftigen, jedoch nicht kausal auf den Unfall zurückzuführenden Oberkieferbeschwerden. Letztere stünden gemäss den Angaben des Beschwerdeführers im Vordergrund und dürften daher einen mehr als nur hälftigen Anteil am negativen Einfluss auf die Arbeitsfähigkeit haben. Es sei daher von einer unfallbedingten dauerhaften Einschränkung der Arbeitsfähigkeit von weniger als 10 % auszugehen.
1.3 Entgegen der Kritik des Beschwerdeführers kann sich diese Beurteilung auf die ZMB-Gutachten stützen. Die von den Gutachtern vorgenommene Beurteilung der Arbeitsfähigkeit erfolgte in beiden Gutachten unter Berücksichtigung des gesamten Beschwerdebildes, d.h. der Problematik im Nacken-/Schulterbereich und der Oberkieferschmerzen. Im ersten Gutachten vom 10. November 2005 wird dies explizit erwähnt. Aber auch das zweite Gutachten vom 27. November 2007 kann nicht anders verstanden werden. So wird die Frage bei Ziffer 6.2.2 nach der Arbeitsfähigkeit "unter Berücksichtigung des Beschwerdebildes gemäss Gutachten vom 10. November 2005 Punkt 6.3.1 und 6.3.2" mit 20 % beantwortet. Unter Punkt 6.3.1 des Gutachtens vom 10. November 2005 wird auf die unter Punkt 6.1.2 beschriebenen Beschwerden verwiesen. Unter diesen figurieren aber auch die Beschwerden im Bereich des Oberkiefers. Die gutachterliche Einschätzung der Arbeitsfähigkeit erfolgte demnach unter Einbezug der Beschwerden im Bereich des Oberkiefers, womit klar wird, dass die Ergebnisse auch die Auswirkungen der Oberkieferbeschwerden beinhalten. Die Vorinstanz kann sich demnach für ihre diesbezügliche Annahme auf die Gutachten stützen und stellte den medizinischen Sachverhalt nicht willkürlich fest.
Im Gegensatz zum ersten Gutachten wurden im zweiten Gutachten die Oberkieferschmerzen aber klarerweise nicht als unfallbedingt bezeichnet. Dies anerkennt der Beschwerdeführer denn auch. Deren Anteil an der Auswirkung auf die Arbeitsfähigkeit fällt demnach weg. Da aber der Beschwerdeführer selbst die Oberkieferschmerzen stets in den Vordergrund stellte und diese überwiegend stärker als die Nackenbeschwerden beklagte, ist es keineswegs willkürlich, sondern vielmehr folgerichtig, wenn die Vorinstanz, ausgehend von einer 20%igen Einschränkung der Arbeitsfähigkeit aufgrund des gesamten Beschwerdebildes, auf eine unfallbedingte Arbeitsunfähigkeit von weniger als 10 % schloss. Die Beschwerde ist in diesem Punkt unbegründet.
2. Eine weitere Rüge betrifft die Adäquanzbeurteilung.
2.1 Die Vorinstanz gab zunächst die Umschreibung der Adäquanz wieder, die im Haftpflichtrecht und im Sozialversicherungsrecht gleich ausfalle. Sie nahm sodann die konkrete Beurteilung anhand der im Sozialversicherungsrecht begründeten Rechtsprechung zur sog. "Schleudertrauma-Praxis" vor (<ref-ruling>; <ref-ruling>). Dabei stufte sie den Auffahrunfall vom 12. September 2003 als mittelschweres, im Grenzbereich zu den leichten Fällen liegendes Ereignis ein. Sie vermochte keines der gegebenenfalls in die Gesamtwürdigung einzubeziehenden adäquanzrelevanten Kriterien auszumachen. Schliesslich hielt sie dafür, aus spezifisch haftpflichtrechtlicher Sicht ergäben sich keine weiteren oder anderen Kriterien, die zu beachten wären und zu einer anderen Beurteilung führten. Sie verneinte daher die Adäquanz.
2.2 Der Beschwerdeführer rügt, die Vorinstanz habe Bundesrecht verletzt, indem sie die Adäquanz nach sozialversicherungsrechtlichen Kriterien beurteilt habe. In Anwendung der bundesgerichtlichen Rechtsprechung zur Adäquanz im Haftpflichtrecht sei der adäquate Kausalzusammenhang zu bejahen.
2.3 Sowohl im Haftpflicht- als auch im Sozialversicherungsrecht ist von derselben Umschreibung der Adäquanz auszugehen. Danach hat ein Ereignis als adäquate Ursache eines Erfolgs zu gelten, wenn es nach dem gewöhnlichen Lauf der Dinge und nach der allgemeinen Lebenserfahrung an sich geeignet ist, einen Erfolg von der Art des eingetretenen herbeizuführen, der Eintritt des Erfolges also durch das Ereignis allgemein als begünstigt erscheint (<ref-ruling> E. 3a). Die Beurteilung des adäquaten Kausalzusammenhangs bedarf richterlicher Wertung, die gemäss <ref-law> nach Recht und Billigkeit vorzunehmen ist. Dabei ist auch der rechtspolitischen Zielsetzung der im konkreten Fall anwendbaren Normen Rechnung zu tragen. Eine schematische Übernahme sozialversicherungsrechtlicher Kriterien in das Haftpflichtrecht unbesehen der Unterschiede würde dem Zweck, im Einzelfall eine billige, eben "adäquate" Zurechnungsentscheidung zu fällen, zuwiderlaufen. Die Abgrenzung adäquater Unfallfolgen von inadäquaten kann deshalb im Haftpflicht- und im Sozialversicherungsrecht unterschiedlich ausfallen (<ref-ruling> E. 5b/aa; <ref-ruling> E. 3a und 3b). Haftpflichtrechtlich genügt es, dass der Schädiger eine Schadensursache gesetzt hat, ohne die es nicht zum Schaden gekommen wäre, während Mitursachen wie etwa die konstitutionelle Prädisposition des Geschädigten den adäquaten Kausalzusammenhang in der Regel weder zu unterbrechen noch auszuschliessen vermögen (<ref-ruling> E. 3c; <ref-ruling> E. 1b).
2.4 Mit Blick auf diese Rechtsprechung, die das Bundesgericht ständig anwendet (vgl. etwa Urteile 4A_45/2009 vom 25. März 2009 E. 3.3.1 und 3.3.2; 4C.402/2006 vom 27. Februar 2007 E. 4.1), beanstandet der Beschwerdeführer zu Recht, dass die Vorinstanz den adäquaten Kausalzusammenhang ausgehend von der Schwere des Unfallereignisses anhand der sozialversicherungsrechtlichen Kriterien beurteilte. Aus haftpflichtrechtlicher Sicht ist richtigerweise zu fragen, ob das Unfallereignis vom 12. September 2003 nach dem gewöhnlichen Lauf der Dinge und nach der allgemeinen Lebenserfahrung an sich geeignet ist, die eingetretenen Beschwerden des Beschwerdeführers herbeizuführen. Dies ist entgegen der Vorinstanz zu bejahen. Die von der Beschwerdegegnerin aufgeworfene Frage, ob eine derart geringe unfallbedingte Arbeitsunfähigkeit von unter 10 % sich überhaupt auf die Erwerbsfähigkeit auswirkt bzw. ob es dem Beschwerdeführer zumutbar ist, entsprechende Anstrengungen zu unternehmen, um dies zu vermeiden, ist nicht im Rahmen der Adäquanz zu beurteilen, sondern hat Einfluss auf die Feststellung des zu ersetzenden Schadens. Hierzu ist die Sache an die Vorinstanz zurückzuweisen.
3. Die Beschwerde erweist sich im ersten Punkt betreffend den festgestellten Grad der unfallbedingten Arbeitsunfähigkeit als unbegründet, im zweiten Punkt betreffend die Adäquanzbeurteilung als begründet. Sie ist dementsprechend teilweise gutzuheissen, das angefochtene Urteil ist aufzuheben und die Sache ist zur weiteren Prüfung der geltend gemachten Ansprüche an die Vorinstanz zurückzuweisen. Dem Ausgang des Verfahrens entsprechend sind die Gerichtskosten den Parteien hälftig aufzuerlegen und die Parteikosten wettzuschlagen (vgl. Art. 66 Abs. 1 und Art. 68 Abs. 1 und 2 BGG). Dem Beschwerdeführer ist die von ihm an die Gerichtskasse bezahlte Sicherheitsleistung von Fr. 8'500.-- zurückzuerstatten.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird teilweise gutgeheissen. Das Urteil des Obergerichts des Kantons Zürich vom 12. März 2012 wird aufgehoben und die Sache zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückgewiesen.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 7'500.-- werden im Betrag von Fr. 3'750.-- dem Beschwerdeführer und im Betrag von Fr. 3'750.-- der Beschwerdegegnerin auferlegt.
3. Es werden keine Parteientschädigungen zugesprochen. Dem Beschwerdeführer ist die an die Gerichtskasse bezahlte Sicherheitsleistung von Fr. 8'500.-- zurückzuerstatten.
4. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, II. Zivilkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 25. Juni 2012
Im Namen der I. zivilrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Die Präsidentin: Klett
Der Gerichtsschreiber: Kölz