O 27 de febreiro de 2010, Cotillard foi o presidente honorario da 35a edición dos Premios César.
A cerimonia. Ela interpretou a Mal Cobb, unha proxección do personaxe de Leonardo DiCaprio, a esposa falecida de Dom Cobb na película de Christopher Nolan "Inception", tamén protagonizada por Tom Hardy, Joseph Gordon-Levitt, Cillian Murphy, Ken Watanabe, Michael Caine e Elliot Page, que se estreou o 16 de xullo de 2010. Nolan describiu a Mal como "a esencia da femme fatale", e DiCaprio elogiou a actuación de Cotillard dicindo que "ela pode ser forte e vulnerable e esperanzadora e desgarradora ao mesmo tempo, o que era perfecto para todas as contradicións do seu personaxe". Cotillard e Leonardo DiCaprio ocuparon o número 8 na lista de Forbes das "Couples de Hollywood que máis gañan na pantalla" por "Inception", que gañou 825 millóns de dólares en taquilla en todo o mundo. No mesmo ano, tamén protagonizou o drama de Guillaume Canet "Little White Lies" ("Les petits mouchoirs"), interpretando a ambientalista Marie, xunto a Jean Dujardin e François Cluzet.