Sachverhalt: A. A.a Der 1954 geborene M._ arbeitete bis Dezember 2004 als Bauarbeiter in der Firma B._ AG. Am 30. Juni 2005 meldete er sich unter Angabe eines Rückenleidens (vermutlich Diskushernie) bei der Invalidenversicherung zum Leistungsbezug (Berufsberatung und Umschulung auf eine neue Tätigkeit) an. Die IV-Stelle Luzern klärte die medizinischen und wirtschaftlichen Verhältnisse ab. Am 9. März 2007 verfügte sie, dass bei einem Invaliditätsgrad von 31 % kein Anspruch auf eine Rente bestehe. A.b Am 27. Mai 2008 meldete sich M._ erneut bei der Invalidenversicherung zum Leistungsbezug (Berufsberatung, Umschulung auf eine neue Tätigkeit, Rente) an. Neben einem Rückenleiden gab er psychische Erkrankung, Augenleiden, Beschwerden in Knie und Ohren sowie Ankylose (laut PSCHYREMBEL eine fibröse oder knöcherne Versteifung von Gelenken mit vollständigem Bewegungsverlust) an. Die IV-Stelle trat auf das Gesuch ein. Sie gab beim Institut I._ ein Gutachten (vom 2. Juni 2009) in Auftrag. Nach Würdigung der Expertise sowie der beigezogenen und beigebrachten medizinischen Unterlagen - darunter der Bericht des Dr. med. N._, Facharzt für Radiologie, vom 10. Juli 2009 - durch den Regionalen Ärztlichen Dienst (RAD) wies die IV-Stelle das Gesuch mit Verfügung vom 31. Juli 2009 bei einem Invaliditätsgrad von 31 % ab. B. Die dagegen erhobene Beschwerde wies das Verwaltungsgericht des Kantons Luzern mit Entscheid vom 23. Juli 2010 ab. C. Mit Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten lässt M._ beantragen, der vorinstanzliche Entscheid vom 23. Juli 2010 sei aufzuheben; es sei ein medizinisches Obergutachten bei einem Wirbelsäulenspezialisten anzuordnen.