Op 27 februari 2010 was Cotillard de erevoorzitter van de 35e César Awards.
De ceremonie. Ze speelde Mal Cobb, een projectie van het personage van Leonardo DiCaprio, de overleden vrouw van Dom Cobb in de film "Inception" van Christopher Nolan, ook met Tom Hardy, Joseph Gordon-Levitt, Cillian Murphy, Ken Watanabe, Michael Caine en Elliot Page, die op 16 juli 2010 werd uitgebracht. Nolan beschreef Mal als "de essentie van de femme fatale", en DiCaprio prees Cotillards optreden en zei dat "ze sterk en kwetsbaar en hoopvol en hartverscheurend kan zijn op hetzelfde moment, wat perfect was voor alle tegenstrijdigheden van haar personage". Cotillard en Leonardo DiCaprio staan op nummer 8 op Forbes' lijst van "Hollywood's Top Earning On-Screen Couples" voor "Inception", die 825 miljoen dollar op de wereldwijde kassa verdiende. In hetzelfde jaar speelde ze ook in Guillaume Canet's drama "Little White Lies" ("Les petits mouchoirs"), waarin ze de milieuactivist Marie speelde, naast Jean Dujardin en François Cluzet.