A tua resposta esta no esquema do arduino
http://arduino.cc/en/uploads/Main/Arduino_Uno_Rev3-schematic.pdfSe vires no esquema o FET T1 controla de onde é que sai a alimentaçao. Se o alimentares por USB o FET conduz e alimenta todo o circuito da USB, se o estiveres a alimentar ja pela USB e aplicares tensao na entrada DC que ele tem, o comparador U5A que compara uma tensao de referencia de 3.3V apercebe-se disso e corta o FET passando a alimentar todo o circuito da entrada DC.
No entanto recomendo te a monitorizares a temperatura do regulador se o alimentares a 12V. A minha experiencia pessoal apesar de dizerem que podes alimentar a 12 V é que o regulador aquece demasiado pelo menos no Duemilanove nesse não posso garantir por isso faz os teus testes com precaução.