Faits: A. Ressortissant du Kosovo né en 1984, X._ a épousé au Kosovo une ressortissante de son pays titulaire d'une autorisation d'établissement en Suisse. Arrivé en Suisse le 19 mai 2007, il a obtenu une autorisation de séjour par regroupement familial le 25 mai 2007. Les 24 mai et 13 juin 2007, l'épouse de X._ a indiqué à la gendarmerie de Fleurier (NE) qu'elle avait été mariée contre son gré et subissait des violences conjugales; elle a été placée dans un appartement protégé et a déposé plainte pénale contre son mari pour viol, contraintes, lésions corporelles simples, subsidiairement voies de fait. Les époux n'ont pas repris la vie commune depuis le 13 juin 2007. Par courrier du 12 février 2008, le Service des migrations de la République et canton de Neuchâtel (ci-après: le Service cantonal) a informé X._ qu'il envisageait de révoquer son autorisation de séjour. Par jugement du 11 juin 2009, le Tribunal correctionnel du district du Val-de-Travers a libéré X._ des fins de la poursuite pénale diligentée à son encontre suite aux dénonciations de son épouse. B. Par décision du 1er septembre 2009, le Service cantonal a refusé de prolonger l'autorisation de séjour de X._, lui impartissant un délai pour quitter la Suisse. Le 22 avril 2010, le Département de l'économie du canton de Neuchâtel (ci-après: le Département cantonal) a rejeté le recours de X._ contre la décision du 1er septembre 2009 et a renvoyé le dossier au Service cantonal pour fixation d'un nouveau délai de départ. Par arrêt du 2 septembre 2010, la Cour de droit public du Tribunal administratif de la République et canton de Neuchâtel (ci-après: le Tribunal administratif) a rejeté le recours formé par X._ contre la décision du 22 avril 2010 et a transmis la cause au Service cantonal pour fixation d'un nouveau délai de départ. Le Tribunal administratif a notamment retenu que si l'intégration de l'intéressé était bonne, dès lors qu'il travaillait et était autonome financièrement, qu'il n'avait pas de poursuite, résidait de façon continue en Suisse depuis 2007 et avait une soeur et une cousine vivant en Suisse, il ne s'agissait pas d'une intégration exceptionnelle justifiant la prolongation de l'autorisation de séjour après la dissolution de la communauté familiale. C. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, X._ demande au Tribunal fédéral, sous suite de frais et dépens, d'annuler l'arrêt du Tribunal administratif du 2 septembre 2010 et de lui accorder le droit à la prolongation de son autorisation de séjour; subsidiairement, de renvoyer la cause à l'autorité cantonale pour instruction complémentaire et nouvelle décision. Le Service cantonal et le Département cantonal se réfèrent aux motifs de l'arrêt du Tribunal administratif et concluent, avec suite de frais, au rejet du recours dans la mesure où il est recevable. Le Tribunal administratif et l'Office fédéral des migrations concluent à son rejet. Par ordonnance présidentielle du 5 octobre 2010, le Tribunal fédéral a admis la requête d'effet suspensif formée par X._.