Во время экспедиции предполагается провести актуальные для арктического региона исследования по оценке техногенного загрязнения природы Ямальского и Тазовского районов, выявить микробиологические аспекты самоочищения тундровых почв, провести экологический мониторинг полуостровов Ямал и Гыдан, а также провести медицинское обследование местного населения и изучить процессы акклиматизации человека в условиях высоких широт.
Экспедиция «Ямал-Арктика 2012» будет базироваться на научно-исследовательском судне «Профессор Молчанов», водоизмещением 2140 тонн, способным работать в высоких широтах и   оснащено необходимым оборудованием и снаряжением для осуществления работ по проведению научных исследований на суше и на море. На борту судна имеются лаборатории для производства гидрохимических и гидробиологических анализов и определений, а также комфортабельные  помещения для отдыха участников экспедиции и экипажа.
Маршрут экспедиции начинается в порту г.Архангельск и пролегает по акваториям Баренцева и Карского морей с остановками в десяти путевых точках маршрута: п. Яро-Яха, п. Харасавэй, о. Белый, п. Гыда, п. Сабетта, траверз п. Яптик-Сале, рейд п. Антипаюта, п. Тазовский, п. Новый Порт, Енисейский залив, для проведения полевых и попутных морских исследований.
Численность экспедиции составляет 58 человек на первом этапе полевых исследований и 26 человек на втором этапе морских исследований.
Участники экспедиции и исполнители научно-исследовательских работ:
1. ААНИИ: Федеральное государственное бюджетное учреждение «Арктический и антарктический научно-исследовательский институт».
2. АФИ: Федеральное государственное бюджетное учреждение «Агрофизический научно-исследовательский институт Российской академии сельскохозяйственных наук»,
3. ВНИИГМИ-МЦД: Федеральное государственное бюджетное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации - Мировой центр данных»
4. ГГИ: Государственный гидрологический институт
5. ГОИН: Федеральное государственное бюджетное учреждение "Государственный Океанографический Институт имени Н.Н. Зубова",
6. НЦИА: Государственное казенное учреждение Ямало-Ненецкого автономного округа «Научный центр изучения Арктики
7. ТАЙФУН: Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-производственное объединение «Тайфун»».
8. ТАЙФУН ИПМ: Институт проблем мониторинга окружающей среды НПО ТАЙФУН;
9. ТАЙФУН СЗФ: Северо-Западный филиал НПО ТАЙФУН. 
10. СЕВ УГМС: Федеральное государственное бюджетное учреждение «Северное управление по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды
11. СПбГУ: Федеральное государственное бюджетное образовательное  учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет»; СПбГУ ФГИГ: СПб ГУ, факультет географии и геоэкологии
12. ЭНИС: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт экологии растений и животных Уральского отделения Российской академии наук, филиал Экологический научно-исследовательский стационар (ЭНИС ИЭРиЖ УрО РАН).
 Исследования в рамках экспедиции «Ямал-Арктика 2012» позволят:
Оценить пространственно-временную изменчивость содержания основных загрязняющих веществ (хлорорганические соединения, тяжелые металлы, особо опасные химические контаминанты) в природных средах  - вода, почва, донные отложения.
Оценить динамику радиационного загрязнения природных сред в регионе.
Оценить пространственно-временные изменения гидрологического и гидрохимического состояния рек, озер и болот ЯНАО с учетом исторических данных, а также дать прогнозную оценку упомянутых состояний с учетом возможных климатических изменений.
Оценить вертикальную зональность в распространении нефтепродуктов в условиях вечной мерзлоты на основе анализа проб торфа по глубине залежи.
  Выполнить количественную оценку увеличения выноса нефти при оттаивании торфяной залежи вследствие потепления климата с учетом депонированной битумной фракции нефтепродуктов в торфяной залежи болот в течение длительного периода.
Оценить уязвимость водных объектов ЯНАО в условиях климатических изменений и усиления техногенной нагрузки на окружающую среду региона.
Обеспечить сбор научных материалов по оценке состояния углеродного баланса в зоне многолетней мерзлоты с учетом ее деградации.
Оценить уровень современного гидрохимического состояния территории в сопоставлении как с природным геохимическим фоном (по фоновым участкам), так его временную динамику за период хозяйственного освоения территории.
Оценить изменения климата и уровня моря района полуострова Ямал в прошлом, а также выполнить прогностическую оценку характеристик климата и уровня моря в будущем (ближайшие столетия, тысячелетие).
Восстановить палеоклиматические характеристики изучаемой территории в течение последнего тысячелетия и определение колебаний уровня моря в исследуемом регионе  за период последних 10 000 лет.
Обосновать оптимальное размещение гидрологической наблюдательной сети Росгидромета на зональных и полизональных водных объектах Арктической зоны Российской Федерации в целях совершенствования водохозяйственной деятельности.
Оценить устойчивость биоценозов и структуры экосистем прибрежных территорий ЯНАО за 30-летний период, включая оценку состояния основных компонентов наземных экосистем (млекопитающие и птицы) с учетом формирующих пищевых связей, а также уточнение ареалов распространения и относительной численности некоторых видов, в т.ч. внесенных в Красную Книгу Ямало-Ненецкого автономного округа.
Определить степень деградации экосистем в районах полигонов мониторинга на основании оценки состояния микробного сообщества, а также критические (пороговые) значения степени деградации.
  Выполнить анализ биоразнообразия микробных сообществ в ключевых участках акваторий и ландшафтов полуостровов Ямал и Гыдан.
Сформировать систему полигонов мониторинга ландшафтов и водных акваторий на основании уточнения ранее использованных полигонов и наблюдательных постов; восстановления утраченных и устройства новых полигонов и постов; уточнения топогеодезической основы, в т.ч. высотной и гидрологической уровневой; картирования и документирования полигонов и наблюдательных постов на базе ГИС-технологий;
Осуществить научно-оперативный контроль зон потенциального техногенного загрязнения в районах интенсивного промышленного освоения территории полуострова Ямал на основе применения БЛА и аэрофотосъемки в оптическом и инфракрасном диапазонах.
Изучить и оценить гидрометеорологические условия российских арктических морей и устьев рек, изменчивость метеорологических параметров над акваториями российских арктических морей и устьев рек.
Развивать модели и технологии расчетов и прогнозов гидрометеорологических параметров различной заблаговременности; распространения различных видов загрязнений морской среды, в т.ч. при разливе нефтепродуктов в акватории Северного ледовитого океана и арктических морей.
Совершенствовать модели конвекции и водообмена, а также расчета количественных оценок переноса тепла и соли в Северном ледовитом океане.
Оценить пространственно-временную изменчивость концентрации озона, углекислого газа и метана в приповерхностном слое атмосферы;
Оценить концентрацию органического компонента морской воды на основе спектрального анализа «желтого вещества».
Провести сравнительную биомедицинскую оценку особенностей терморегуляции, тканевого дыхания, внешнего дыхания, перекисных процессов в легких, вегетативной регуляции, регуляции сосудистого тонуса, толерантности к физическим нагрузкам, окислительного метаболизма, углеводного и липидного обмена, концентрации внимания, утомляемости, умственной работоспособности у коренного и пришлого населения.
Оценить напряженность адаптации и характер адаптационных процессов в зависимости от района проживания (адаптационное районирование) человека на Севере.
Оценить распространенность хронических неспецифических заболеваний человека в зависимости от климатических условий и загрязненности среды его обитания.
Оценить распространенность среди людей адаптационных, синдромов характерных для Арктического региона (полярной одышки, северной артериальной гипертензии, нарушений сна, снижения внимания).
Оценить характер адаптационных процессов и распространенность синдромов нарушения адаптации в зависимости от длительности проживания человека на Крайнем Севере.
Оценить напряженность адаптации и характер адаптационных процессов у вахтовых рабочих «ближней» и «дальней» вахты.
Оценить наиболее значимые экологические риски для здоровья коренных жителей Ямала.
Научно обосновать и оптимизировать решения в области управления трудовыми ресурсами, а также в сфере медико-социального и социально-экономического обеспечения населения Арктического региона.
Разработать методы коррекции нарушений адаптации на основе изучения механизмов адаптации к условиям Арктического региона сердечно-сосудистой системы, органов дыхания, вегетативной нервной системы, основного обмена, тканевого дыхания, центральной нервной системы человека.
Построить прогностические модели здоровья коренного и пришлого населения в Арктическом регионе на основе зависимости распространенности хронических неинфекционных заболеваний и нарушений адаптации от антропогенных и климатических факторов.