Ved siden av IS-opprørerens frammarsj i Syria og Irak vil Ukraina etter alt å dømme bli det viktigste temaet for stats- og regjeringssjefene som møtes i byen Newport.
Alliansens avtroppende sjef Anders Fogh Rasmussen har kalt Russlands intervensjon i Ukraina den mest alvorlige sikkerhetstrusselen siden den kalde krigen.
Flere østeuropeiske land ønsker seg permanente Nato-styrker på sitt territorium for å styrke forsvaret.
– Jeg tror vi må se i øynene at dette vil vare i lang tid. Det er ikke bare en episode som vil gå over, sa Fogh Rasmussen onsdag.
Han er skeptisk til et russisk utspill om en mulig ukrainsk våpenhvile som ble lansert samme dag.
Møter NATO-topper før toppmøtet
Før den offisielle åpningen av toppmøtet skal den ukrainske president Petro Porosjenko ha samtaler med lederne for de viktigste Nato-landene.
Meningen er at Porosjenko både skal fortelle om den siste utviklingen i krisen i hjemlandet og om sine samtaler med Russlands president Vladimir Putin.
Både USAs president Barack Obama, Storbritannias statsminister David Cameron og Tysklands statsminister Angela Merkel vil være til stede her, ifølge en kilde i den britiske regjeringen.
– Alliansen må tydelig demonstrere at Russlands handlinger er uakseptable og at vi står sammen med folket i Ukraina og deres rett til å avgjøre landets framtid, sier kilden.
Også Norges statsminister Erna Solberg (H), utenriksminister Børge Brende (H) og forsvarsminister Ine Eriksen Søreide (H) deltar på toppmøtet.
Det gjør også den påtroppende NATO-sjefen Jens Stoltenberg, som overtar som generalsekretær 1. oktober.
Norge deltar i militærøvelse
Onsdag ble det kjent at Norge sender to offiserer til en militærøvelse i Ukraina i midten av september. USA deltar også, og planlegger å bidra med om lag 200 soldater.
- LES OGSÅ: USA skal holde militærøvelse i Ukraina
Søreide understreker at Norge gjennom flere år har deltatt på lignende øvelser i Ukraina. Planene har likevel vakt sterke reaksjoner i Moskva.
– Det er ikke menneskelig at Nato, i en tid da Ukraina faktisk befinner seg i en borgerkrig, viser militær støtte til regimet i Kiev, sa generaloberst Leonid Ivastsjov til nyhetsbyrået RIA Novosti etter at planene ble kjent.
Natos generalsekretær Anders Fogh Rasmussen sier de ikke per nå vil støtte Ukraina militært som allianse.
– Det er forskjell på å være medlem av Nato, og ikke være medlem. Vi tror på en politisk løsning, sier Rasmussen.