Udfyld følgende sætning: Den 27. februar 2010 var Cotillard ærespræsident for
35th César Awards ceremoni. Hun spillede Mal Cobb, en projektion af Leonardo DiCaprios karakter, Dom Cobbs afdøde kone i Christopher Nolans film "Inception", også med Tom Hardy, Joseph Gordon-Levitt, Cillian Murphy, Ken Watanabe, Michael Caine og Elliot Page, som blev udgivet den 16. juli 2010. Nolan beskrev Mal som "essensen af femme fatale", og DiCaprio roste Cotillards præstation og sagde, at "hun kan være stærk og sårbar og håbefuld og hjerteskærende alt i samme øjeblik, hvilket var perfekt for alle modsigelserne i hendes karakter". Cotillard og Leonardo DiCaprio blev rangeret som nr. 8 på Forbes' liste over "Hollywood's Top Earning On-Screen Couples" for "Inception", som tjente 825 millioner dollars på verdensomspændende billetkontor. Samme år medvirkede hun også i Guillaume Canets drama "Little White Lies" ("Les petits mouchoirs"), hvor hun spillede miljøforkæmperen Marie sammen med Jean Dujardin og François Cluzet.