Ljúka eftirfarandi setningu: 27. febrúar 2010 var Cotillard heiðursforseti
35 ára César-verðlaunaafhending. Hún lék Mal Cobb, framsýningu á persónunni Leonardo DiCaprio, látinni konu Dom Cobb í kvikmynd Christopher Nolan "Inception", einnig með Tom Hardy, Joseph Gordon-Levitt, Cillian Murphy, Ken Watanabe, Michael Caine og Elliot Page, sem kom út 16. júlí 2010. Nolan lýsti Mal sem "eðli femme fatale" og DiCaprio hrósaði frammistöðu Cotillard og sagði að "hún geti verið sterk og viðkvæm og vonandi og hjartansbrjótandi allt á sama augnabliki, sem var fullkominn fyrir allar andstæður persónunnar". Cotillard og Leonardo DiCaprio voru í áttunda sæti á lista Forbes yfir "Top Earning On-Screen Couples í Hollywood" fyrir "Inception", sem gerði 825 milljónir Bandaríkjadala á heimsvísu í kassa. Sama ár lék hún einnig í leikritinu "Little White Lies" ("Les petits mouchoirs") eftir Guillaume Canet, þar sem hún lék umhverfisverndarmanninn Marie, ásamt Jean Dujardin og François Cluzet.