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Die Bahnradsport-Weltmeisterschaften 2012 fanden vom 4. bis 8. April 2012 im australischen Melbourne statt.
Die Weltmeisterschaften wurden in der Hisense Arena (früher: Vodafone Arena) ausgetragen, einer Multifunktionsarena in Melbourne, die bereits 2004 Ort der Bahn-Weltmeisterschaften war. Sie waren der letzte Wettbewerb im Bahnradsport vor den Olympischen Spielen in London, dessen Ergebnisse in die UCI-Bahnrad-Nationenwertung einflossen, über die die Nationenquotenplätze für die olympischen Wettbewerbe vergeben werden. Die Weltmeisterschaften bildeten somit den Abschluss der internationalen Qualifikation.
Auf der schnellen Bahn der Arena wurden zahlreiche Rekorde aufgestellt: Die beiden deutschen Fahrerinnen Kristina Vogel und Miriam Welte fuhren in der Qualifikation des Teamsprints einen neuen Weltrekord mit 32,630 Sekunden, den sie jedoch schon kurz darauf im Finalrennen um Platz eins mit einer neuen Zeit von 32,549 Sekunden unterboten. Dies war die erste WM-Goldmedaille des Bundes Deutscher Radfahrer in dieser Disziplin. Das britische Team errang die Goldmedaille in der Mannschaftsverfolgung ebenfalls mit einer Weltrekordzeit von 3:53,295 Minuten.
Die Australierin Anna Meares erzielte zwei neue Weltrekorde, in der Qualifikation für den Sprint über 200 Meter mit 10,782 Sekunden sowie im 500-Meter-Zeitfahren mit 33,010 Sekunden, womit sie ihren vierten WM-Titel in dieser Disziplin gewann. Gleichzeitig war sie damit die erfolgreichste Fahrerin dieser Weltmeisterschaft, indem sie in allen vier Kurzzeitdisziplinen eine Medaille errang, davon zweimal Gold (Keirin und 500 m).
In der Mannschaftsverfolgung der Frauen fuhr die australische Mannschaft in der Qualifikation mit Annette Edmondson, Melissa Hoskins und Josephine Tomic eine neue Bestzeit von 3:17,053 Minuten, die wenig später von der britischen Mannschaft mit Danielle King, Laura Trott und Joanna Rowsell auf 3:16,850 Minuten erneut verbessert wurde. Den britischen Fahrerinnen gelang es, im Finale wiederum den eigenen Rekord zu unterbieten, dieses Mal mit 3:15,720 Minuten, so dass der Weltrekord in dieser Disziplin innerhalb weniger Stunden um drei Sekunden verbessert wurde. Stefan Nimke stellte bei seinem Sieg im 1000-Meter-Zeitfahren mit 1:00,082 Minuten nicht nur einen deutschen, sondern einen inoffiziellen Flachland-Rekord auf, da der Franzose Arnaud Tournant den bestehenden Weltrekord 2001 in der Höhenlage von La Paz auf 3600 Metern gefahren hatte. Auch Miriam Welte verbesserte im Zeitfahren ihren eigenen deutschen Rekord auf 33,626 Sekunden und war damit die erste Deutsche, die in dieser Disziplin über 500 Meter unter 34 Sekunden blieb.
Die deutsche Teamsprint-Mannschaft der Männer mit René Enders, Maximilian Levy und Stefan Nimke fuhr in der Qualifikation die zweitbeste Zeit, wurde aber wegen eines Wechselfehlers relegiert, ebenso wie das zeitschnellste Team aus Großbritannien mit Chris Hoy, Philip Hindes und Jason Kenny. Ansonsten hätten diese beiden Mannschaften das Finalrennen um die Goldmedaille bestritten.