Sachverhalt: A. X._ (geb. 1961) und Y._ (geb. 1976) haben am 5. Februar 2002 geheiratet. Sie sind die Eltern der Tochter Z._ (geb. 2004). Nachdem die Parteien den gemeinsamen Haushalt aufgehoben hatten, wurde das Getrenntleben gerichtlich geregelt. Am 7. Mai 2008 stellten die Ehegatten dem Bezirksgericht Zürich ein gemeinsames Scheidungsbegehren. Anlässlich des zweiten Hauptverhandlungstermins vom 23. Juni 2009 beantragte Y._ zudem vorsorgliche Massnahmen. Am 13. Oktober 2009 entschied der Einzelrichter am Bezirksgericht Zürich sowohl über die Scheidung als auch über die beantragten Massnahmen. Im Rahmen der vorsorglichen Massnahmen verpflichtete er X._, ab 1. Januar 2010 für die Dauer des Scheidungsverfahrens Fr. 1'500.-- (zuzüglich Kinderzulagen) an den Unterhalt der Tochter und Fr. 3'000.-- an denjenigen der Mutter zu bezahlen. B. X._ erhob am 2. November 2009 Rekurs gegen die Verfügung im Massnahmeverfahren und beantragte, die Begehren um Bezahlung von Unterhaltsbeiträgen an die Ehefrau und das Kind seien abzuweisen. Mit Beschluss vom 21. Juli 2010 änderte das Obergericht des Kantons Zürich das erstinstanzliche Urteil insofern ab, als der Kindesunterhalt von Fr. 1'500.-- (zuzüglich Kinderzulagen) erst ab 1. Oktober 2010 für die weitere Dauer des Scheidungsverfahrens geschuldet sei; hinsichtlich des Ehegattenunterhalts setzte das Obergericht einen ab 1. Oktober 2010 geschuldeten Betrag von Fr. 1'200.-- fest; ab 1. Juli 2011 schuldet der Ehemann monatlich Fr. 3'000.--. Das Urteil im Scheidungsverfahren hat X._ ebenfalls angefochten, worauf Y._ Anschlussberufung erhob. Die Berufungsverhandlung hat am 24. August 2010 stattgefunden; der Entscheid des Obergerichts steht noch aus. C. Mit als "Bundesgerichtliche Beschwerde" bezeichneter Eingabe vom 26. August 2010 gelangt X._ (nachfolgend Beschwerdeführer) an das Bundesgericht und beantragt, die Begehren um Bezahlung von Unterhaltsbeiträgen an Frau und Kind abzuweisen; sodann sei festzustellen, dass er nicht in der Lage sei, ein hypothetisches Einkommen zu erzielen, alles unter Kosten- und Entschädigungsfolgen. Ferner ersucht er um Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege sowie um Sistierung des Verfahrens bis der Entscheid im Scheidungsverfahren vorliege. Mit Verfügung vom 3. September 2010 hat die Präsidentin der II. zivilrechtlichen Abteilung das Gesuch um aufschiebende Wirkung abgewiesen. Es wurden keine Vernehmlassungen eingeholt.