Faits: A. Par jugement du 23 janvier 2008, le Tribunal correctionnel du district de Neuchâtel a reconnu A.X._ coupable, au préjudice de sa belle-fille née le 22 avril 1986, d'actes d'ordre sexuel avec une enfant pour la période comprise entre 1999 et le 21 avril 2002, et d'actes d'ordre sexuel avec une personne dépendante commis du 22 avril 2002 jusqu'à l'été 2003. Le tribunal l'a condamné à une peine privative de liberté de trois ans, dont huit mois fermes et le solde avec sursis pendant trois ans. B. Le 22 décembre 2008, la Cour de cassation pénale du Tribunal cantonal neuchâtelois a admis le pourvoi en cassation formé par le condamné et annulé le jugement de première instance. Elle a renvoyé l'affaire au Tribunal correctionnel du district du Val-de-Travers pour qu'il complète l'instruction et apprécie si, au vu des preuves nouvellement administrées, un verdict de culpabilité était toujours justifié. Elle a considéré que le pourvoi était irrecevable sur les autres éléments d'appréciation des preuves, vu le caractère appellatoire des critiques soulevées. C. A la suite de ce renvoi, le Tribunal du district du Val-de-Travers a procédé aux mesures d'instruction complémentaires. Par jugement du 5 juillet 2010, il a reconnu A.X._ coupable des mêmes chefs d'infractions que ceux précédemment retenus et lui a infligé une peine identique à celle prononcée le 23 janvier 2008. D. Par arrêt du 8 octobre 2010, la Cour de cassation pénale a rejeté le pourvoi en cassation déposé par le condamné. E. A.X._ forme un recours en matière pénale contre ce dernier arrêt. Il conclut à son acquittement.