Per il 2010 il pilota brasiliano viene riconfermato come pilota titolare al fianco dello spagnolo Fernando Alonso. Il 14 marzo 2010, in occasione della gara inaugurale di Formula 1, giunge 2º dietro al compagno di squadra Fernando Alonso, realizzando la prima doppietta per la Ferrari. Nel Gran Premio d'Australia, Massa sale sul podio nonostante i sorpassi subiti da Lewis Hamilton e Sebastian Vettel. Nel Gran Premio della Malesia, Massa giunge 7º al traguardo e supera il compagno di squadra Alonso (ritirato per guasto al motore) guadagnando la testa della classifica, ma nel Gran Premio di Cina conclude la gara 9º e cede la leadership della classifica a Jenson Button. In Spagna e a Monaco si posiziona 6º e 4º, mentre nel Gran Premio di Turchia arriva soltanto un 7º posto, davanti al compagno di squadra.