Faits: A. L'entreprise individuelle C._, la société immobilière B._, la Compagnie du chemin de fer Nyon-Saint-Cergue-Morez, D._ et la commune de Nyon sont respectivement propriétaires des parcelles n° 615 et 616, n° 613 et 614, n° 617, n° 618 et n° 621 du registre foncier de la commune de Nyon. Ces biens-fonds, situés au nord ouest de la gare de Nyon, font partie du secteur dit "Martinet-Morâche", lequel a fait l'objet d'un schéma directeur intitulé "Programme d'intention pour l'extension du centre-ville dans le secteur Martinet-Môrache" (ci-après: le Schéma directeur), adopté par la Municipalité de Nyon (ci-après: la municipalité) en 1991. Ces parcelles sont également, en tout ou partie, comprises dans le plan de quartier "Morâche" (ci-après: le plan de quartier), approuvé le 1er novembre 2005 par le Département des institutions et des relations extérieures du canton de Vaud. Le plan de quartier régit le secteur compris au nord de la gare, entre la rue de la Morâche à l'ouest et la route de Saint-Cergue à l'est et il réglemente l'occupation du vallon du Cossy. Il a pour but de prolonger le centre-ville actuel par un quartier de type centre-ville, en assurant une mixité d'affectations et en aménageant des espaces publics à l'échelle de la ville (art. 4 du règlement du plan de quartier du 1er novembre 2005 [RPQ]). Avec le plan de quartier "Le Martinet", il prévoit, sur une surface d'environ 80'000 m2, la construction de 100'000 m2 de surfaces de plancher (habitation, commerce, artisanat). Les périmètres constructibles du plan de quartier sont divisés en sept unités de réalisation. L'unité 1 correspond à un bâtiment de cinq étages avec une surface brute de plancher de 4'066 m2, affecté à des commerces et à des bureaux. Les unités 2 et 3 comprennent chacune un groupe de bâtiments accolés de six étages, voués à des bureaux, des commerces et des logements, d'une surface brute de plancher respectivement de 5'537 m2 et de 4'408 m2. L'unité 4 est constituée d'un immeuble de cinq étages, affecté à des bureaux dans sa partie sud ouest, suivi de quatre bâtiments de cinq étages dédiés à des logements d'une surface brute de plancher de 7'506 m2. B. Le 14 novembre 2005, les propriétaires des parcelles n° 615, 616, 613, 614, 617, 618 et 621 ont déposé une demande de permis de construire les bâtiments prévus par les unités de réalisation 1 à 4 du plan de quartier, comprenant 13'740 m2 affectés au logement (correspondant à 117 appartements en PPE) et 7'535 m2 à des activités (bureaux et commerces). S'y ajoutaient 284 places de parc souterraines et 17 places à l'extérieur. Soumis à l'enquête publique du 17 février au 9 mars 2006, ce projet a notamment suscité l'opposition de A._, propriétaire de biens-fonds contigus. Le 24 septembre 2006, le corps électoral de la commune de Nyon a refusé, à la suite d'un référendum, le crédit de construction et le réaménagement du premier tronçon de la route transversale au nord de la gare, dite "Petite Ceinture" et le crédit d'étude du projet définitif du deuxième tronçon. Par décision du 23 février 2007, le Service de l'aménagement du territoire (actuellement le Service du développement territorial) du canton de Vaud a refusé l'autorisation spéciale requise par l'art. 120 lit. c de la loi cantonale du 4 décembre 1985 sur l'aménagement du territoire et les constructions (LATC; RSV 700.11) pour les parcs de stationnement de plus de 300 voitures. Le projet ne respectait pas les exigences en matière d'équipement prévues aux art. 19 et 22 al. 2 lit. b de la loi fédérale du 22 juin 1979 sur l'aménagement du territoire (LAT; RS 700). Un projet réduit à la construction des bâtiments des unités de réalisation 1 à 3 et au sous-sol de l'immeuble 4 a fait l'objet d'une enquête publique complémentaire du 29 septembre au 29 octobre 2007. Le projet modifié comprenait 7'740 m2 affecté au logement (correspondant à 68 appartements) et 5'760 m2 aux activités (bureaux et commerces). Il prévoyait 220 places de stationnement intérieures et 17 places extérieures. L'enquête publique complémentaire a suscité notamment l'opposition de A._. De nouveaux plans prévoyant la réalisation de 158 places intérieures, 255 places pour les deux roues légers et affectant le solde de surface à des dépôts ont été soumis à la municipalité au mois de mars 2008. Selon la synthèse de la Centrale des autorisations CAMAC du Département des infrastructures du canton de Vaud du 4 juin 2008 (annulant et remplaçant la décision du 23 février 2007), les autorisations spéciales requises ont été délivrées. Par décision du 26 septembre 2008, la municipalité a délivré le permis de construire requis et levé l'opposition formée par A._. C. Le 17 octobre 2008, A._ a recouru contre cette décision auprès de la Cour de droit administratif et public du Tribunal cantonal du canton de Vaud (ci-après: le Tribunal cantonal). Le 24 mars 2009, le Tribunal cantonal a tenu audience et procédé à une inspection locale en présence des parties. Au cours de la procédure cantonale, le 20 mai 2009, le Service cantonal de l'environnement et de l'énergie du canton de Vaud (ci-après: le SEVEN) s'est déterminé sur les conséquences de la non-réalisation de la "Petite Ceinture", en tenant compte des nouvelles données de trafic produites par la municipalité. Se référant à une notice technique datée de février 2007 émanant des bureaux X._ et Y._, il a relevé que la seule réalisation du plan de quartier Morâche n'entraînait pas d'augmentation de plus de 0,2 dB(A) le long des axes routiers voisins, en tenant compte du réseau routier existant, sans la "Petite Ceinture". Sur requête du juge instructeur, la municipalité a produit, le 30 juin 2009, un rapport du bureau X._ relatif au respect de l'art. 9 de l'ordonnance fédérale du 15 décembre 1986 sur la protection contre le bruit (OPB; RS 814.41) tenant compte des données de trafic les plus récentes. Le 20 juillet 2009, le SEVEN s'est déterminé sur ce rapport. Le 2 octobre 2009, la municipalité a confirmé que le permis de construire avait été délivré pour le projet correspondant aux plans modifiés en mars 2008, ce qui impliquait notamment que 158 places de parc intérieures avaient été autorisées. Par arrêt du 6 octobre 2009, le Tribunal cantonal a rejeté le recours. Il a considéré en substance que le projet litigieux était notamment conforme aux art. 104 al. 3 LATC, 12 RPQ, 22 al. 2 lit. b et 19 LAT. D. Par acte intitulé "recours de droit public", A._ demande au Tribunal fédéral de réformer cet arrêt, en ce sens que l'autorisation de construire n'est pas délivrée. Il conclut subsidiairement à l'annulation de l'arrêt attaqué et au renvoi de la cause à l'autorité cantonale pour nouveau jugement dans le sens des considérants. Il se plaint notamment d'un établissement inexact des faits, d'une application arbitraire de l'art. 72b du règlement d'application de la LATC du 19 septembre 1986 (RATC; RSV 700.11.1) et de la violation des art. 19, 22 al. 2 lit. b et 25a LAT. Le Tribunal cantonal et le Service du développement territorial se réfèrent aux considérants de l'arrêt attaqué. La Municipalité de Nyon, B._ et C._ concluent au rejet du recours. E. Par ordonnance du 3 décembre 2009, le Président de la Ire Cour de droit public a admis la requête d'effet suspensif présentée par le recourant.