Buemi è stato confermato dalla Toro Rosso anche per la stagione 2010. Dopo un inizio di stagione sfortunata Buemi, al gran premio di Monaco, arrivò 10º conquistando il suo primo punto iridato dell'anno. In seguito ci fu un'altra gara incolore, quella della Turchia, ma nel gran premio seguente, (Canada), dove si qualifica 15º, a seguito di una grande gara, nella quale si trova anche per un giro in prima posizione, arriva 8º, superando con un ottimo attacco Michael Schumacher. Va bene anche a Valencia, dove riesce a combattere con piloti che hanno macchine più performanti della Toro Rosso, arrivando 8º, prima di venire retrocesso in nona posizione dai Commissari della FIA. Dopo Valencia, va a punti solamente a Yeongam, dove arriva decimo. Conclude il mondiale 16º con 8 punti.