Faits:
A. X._, ressortissant tunisien né en 1972, a épousé, le 13 mars 1998, A._, ressortissante suisse née en 1959. Se fondant sur ce mariage, il a déposé une demande de naturalisation facilitée le 18 janvier 2003.
Dans le cadre de l'instruction de cette demande, l'intéressé et son épouse ont contresigné, le 2 juin 2003, une déclaration écrite aux termes de laquelle ils confirmaient vivre en communauté conjugale stable et effective, résider à la même adresse et n'envisager ni séparation, ni divorce.
Par décision du 4 août 2003, l'Office fédéral de l'immigration, de l'intégration et de l'émigration (actuellement l'Office fédéral des migrations; ci-après: l'Office fédéral) a accordé la naturalisation facilitée à l'intéressé.
B. Le 13 novembre 2007, l'Office fédéral a informé X._ qu'il se voyait contraint d'examiner s'il y avait lieu d'annuler sa décision de naturalisation facilitée, étant donné la séparation de celui-ci d'avec son épouse en juin 2004 et leur divorce entré en force le 21 mars 2005.
L'intéressé a répondu, le 9 décembre 2007, qu'aucune séparation ou divorce n'était envisagé au moment de la signature de la déclaration de vie commune en juin 2003 mais que son épouse avait malheureusement subi une crise début 2004, ce qui avait fortement influencé leur couple et incité la prénommée à introduire une procédure de divorce le 17 mai 2004.
Il ressort des actes de la procédure de divorce que celle-ci a été ouverte par une requête commune, accompagnée d'une convention sur les effets accessoires, et que le divorce a été prononcé le 20 décembre 2004.
Auditionnée le 17 avril 2008, A._ a déclaré qu'elle avait rencontré son ex-mari le 17 octobre 1997 lors de vacances en Tunisie et que c'était elle qui avait proposé le mariage dans le but de vivre ensemble. Leur union s'était bien déroulée jusqu'en janvier 2004, mois au cours duquel elle avait fait un burn-out suivi d'une dépression en raison d'une surcharge professionnelle, tandis que sa mère avait également eu des problèmes de santé; ces éléments avaient eu une influence directe sur sa vie privée. Son ex-époux et elle avaient des loisirs communs, ils s'étaient rendus deux fois en Tunisie où ils avaient logé chez les parents de l'intéressé. Elle a expliqué qu'en raison des horaires de travail irréguliers de son mari, ils ne se voyaient plus beaucoup; à partir de juin 2004, elle n'habitait leur appartement qu'en semaine et elle avait définitivement déménagé en septembre 2004. Son ex-époux avait gardé de bons contacts avec elle et sa famille.
Selon un rapport des autorités cantonales genevoises du 25 juin 2008, X._ habitait seul mais partagerait son existence avec une Suissesse, née le 6 juin 1980; le couple aurait des projets, aucune démarche officielle n'étant cependant en cours. L'intéressé avait gardé de très bons contacts avec son ex-épouse et la famille de celle-ci et, selon certains renseignements, il "aurait un ami", ce qu'il avait nié lors d'une entrevue.
Le 15 juillet 2008, l'Office fédéral a prononcé l'annulation de la naturalisation facilitée de l'intéressé.
Par arrêt du 15 octobre 2010, le Tribunal administratif fédéral a rejeté le recours de l'intéressé contre la décision précitée. Il a considéré en substance que l'examen des faits pertinents de la cause, ainsi que leur déroulement chronologique, amenaient à la conclusion que l'intéressé avait obtenu la naturalisation facilitée de manière frauduleuse. Celui-ci n'avait pas rendu vraisemblable la survenance d'un événement extraordinaire de nature à expliquer une détérioration rapide du lien conjugal.
C. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, X._ demande au Tribunal fédéral d'annuler la décision du Tribunal administratif fédéral du 15 octobre 2010.
Le Tribunal administratif fédéral renonce à prendre position. L'Office fédéral estime que le recours ne contient aucun élément propre à remettre en cause l'arrêt attaqué.
Par ordonnance du 10 décembre 2010, le Président de la Ire Cour de droit public a admis la requête d'effet suspensif du recourant.
Considérant en droit:
1. 1.1 L'arrêt attaqué émane du Tribunal administratif fédéral et concerne l'annulation de la naturalisation facilitée accordée au recourant, si bien qu'il peut faire l'objet d'un recours en matière de droit public (art. 82 let. a et 86 al. 1 let. a LTF). Le motif d'exclusion de l'art. 83 let. b LTF n'entre pas en ligne de compte, dès lors qu'il s'agit en l'espèce de naturalisation facilitée et non pas de naturalisation ordinaire. Il ne fait pas de doute que le recourant est particulièrement atteint par la décision attaquée et qu'il possède la qualité pour recourir au sens de l'art. 89 al. 1 LTF. Pour le surplus, les conditions formelles de recevabilité sont remplies, de sorte qu'il y a lieu d'entrer en matière.
1.2 Le recourant a annexé deux pièces nouvelles à son recours, à savoir un extrait de l'acte de décès du père de son ex-épouse et une attestation du Dr B._ du 19 novembre 2010. Ces preuves nouvelles ne peuvent cependant pas être prises en considération au regard de l'art. 99 al. 1 LTF, ce d'autant que l'intéressé ne fait pas valoir que celles-ci résulteraient de l'arrêt attaqué (art. 99 al. 1 LTF in fine). Quoi qu'il en soit, ces documents n'étaient de toute manière pas de nature à influer sur le sort de la présente procédure.
2. Le recourant reproche au Tribunal administratif fédéral de ne pas avoir donné suite à sa demande de récusation dirigée contre le fonctionnaire de l'Office fédéral en charge du dossier. Celui-ci aurait eu une opinion préconçue dans l'affaire: selon les termes de la correspondance de A._ du 29 octobre 2009, celle-ci avait eu, à l'époque, une conversation téléphonique avec ce fonctionnaire, au cours de laquelle elle lui avait confié être anxieuse pour son ex-mari à propos de la procédure introduite son encontre. Le collaborateur en question lui aurait alors répondu qu'elle avait de justes raisons de se faire du souci pour lui. Or, la procédure étant à peine introduite et l'autorité n'ayant pas encore recueilli des éléments d'enquête, de tels propos feraient peser un doute sérieux sur l'impartialité de ce fonctionnaire.
2.1 L'art. 29 al. 1 Cst. dispose que toute personne a droit, dans une procédure judiciaire ou administrative, à ce que sa cause soit traitée équitablement. Selon la jurisprudence, ce droit permet notamment d'exiger la récusation des membres d'une autorité administrative dont la situation ou le comportement sont de nature à faire naître un doute sur leur indépendance ou leur impartialité; il tend à éviter que des circonstances extérieures à l'affaire ne puissent influencer une décision en faveur ou au détriment de la personne concernée. La récusation peut s'imposer même si une prévention effective du membre de l'autorité visée n'est pas établie, car une disposition interne de sa part ne peut guère être prouvée; il suffit que les circonstances donnent l'apparence de la prévention et fassent redouter une activité partiale. Cependant, seules des circonstances constatées objectivement doivent être prises en considération; les impressions purement individuelles d'une des personnes impliquées ne sont pas décisives (ATF 133 I 1 consid. 6.2 p. 6; 131 I 24 consid. 1.1 p. 25 et les arrêts cités).
2.2 Comme l'ont relevé les premiers juges, la remarque faite au téléphone par le collaborateur de l'Office fédéral à l'ex-épouse du recourant n'est pas de nature à démontrer une prévention de partialité au sens de l'art. 29 al. 1 Cst. La procédure en annulation de la naturalisation facilitée avait précisément été ouverte, peu avant cette conversation téléphonique, en raison du court laps de temps entre la décision de naturalisation facilitée, le 4 août 2003, la séparation des époux en juin 2004 et le prononcé de leur divorce le 21 mars 2005, soit des éléments propres à fonder la présomption de fait selon laquelle la naturalisation du recourant avait été obtenue frauduleusement. Les mesures d'instruction entreprises avaient pour but de vérifier si cette présomption était effectivement fondée et également de permettre à l'intéressé de la renverser. Dans la mesure où les premiers éléments du dossier, au moment de cette conversation téléphonique, allaient à l'encontre des intérêts du recourant, on ne pouvait que constater que celui-ci était dans une situation défavorable. Le seul fait que le collaborateur chargé de l'instruction ait énoncé que la situation n'était pas sans risque pour l'intéressé ne permet pas pour autant de conclure à sa prévention dans l'affaire, comme l'a considéré à juste titre le Tribunal administratif fédéral. Le moyen soulevé ici n'est dès lors pas fondé.
3. Le recourant se plaint ensuite d'une violation de son droit d'être entendu. Il fait valoir qu'il n'a pas été pourvu d'un interprète lors de l'audition en allemand de son ex-épouse par la police et qu'il n'a pu obtenir de faire procéder à l'audition du responsable de la section des enquêtes du Service cantonal genevois des naturalisations.
3.1 Le droit d'être entendu, tel qu'il est garanti par l'art. 29 al. 2 Cst., comprend le droit pour l'intéressé de prendre connaissance du dossier, de s'exprimer sur les éléments pertinents avant qu'une décision ne soit prise touchant sa situation juridique, de produire des preuves pertinentes, d'obtenir qu'il soit donné suite à ses offres de preuves pertinentes, de participer à l'administration des preuves essentielles ou à tout le moins de s'exprimer sur son résultat, lorsque cela est de nature à influer sur la décision à rendre (ATF 129 II 497 consid. 2.2 p. 504/505; ATF 127 I 54 consid. 2b p. 56; 126 I 15 consid. 2a/aa p. 16 et les arrêts cités).
3.2 L'ex-épouse du recourant a été interrogée comme personne entendue à titre de renseignements, au sens de l'art. 12 let. c de la loi fédérale du 20 décembre 1968 sur la procédure administrative (PA; RS 172.021). En application analogique du principe de l'art. 18 PA, les auditions de tiers informateurs doivent en principe se dérouler en présence des parties (cf. ATF 130 II 169 consid. 2.3.5 p. 174). L'autorité dispose cependant d'une certaine liberté d'appréciation qui lui permet de déterminer s'il existe des raisons suffisantes pour exclure exceptionnellement les parties de l'audition d'un informateur (cf. art. 18 al. 2 PA). L'exclusion de la participation d'une partie ne constitue, le cas échéant, pas une violation du droit d'être entendu; il suffit pour sauvegarder ce droit que la partie ait eu la possibilité de prendre connaissance du procès-verbal et de se déterminer à ce sujet (ATF 130 II 169 consid. 2.3.5 p. 174 s.). Au surplus, la garantie constitutionnelle du droit d'être entendu ne confère pas au justiciable le droit d'obtenir la traduction dans sa propre langue des pièces du dossier rédigées dans une langue qu'il ne maîtrise pas ou de manière seulement imparfaite. Ainsi appartient-il en principe au justiciable de se faire traduire les actes officiels du dossier (ATF 131 V 35 consid. 3.3 p. 39 et les arrêts cités).
En l'espèce, le recourant a assisté à l'audition de son ex-épouse. Malgré qu'il affirme le contraire, il n'a, selon le procès-verbal, pas fait mention de problèmes de compréhension linguistique à ce moment-là. Quoi qu'il en soit, une copie du procès-verbal de l'audition lui a ensuite été transmise par l'Office fédéral, avec un délai pour faire valoir ses observations; il n'a toutefois pas fait usage de cette possibilité. Il est par conséquent malvenu de se plaindre après coup d'une violation de son droit d'être entendu, ayant eu tout loisir de se déterminer en cours de procédure sur le procès-verbal litigieux, rédigé dans une langue officielle. Enfin, contrairement à ce qu'il soutient, le Tribunal administratif fédéral n'a pas retenu, à l'appui de sa motivation, que l'on pouvait aisément attendre de sa part qu'il comprenne l'allemand, ayant passé dix ans auprès d'une femme l'origine suisse-alémanique; la pertinence de ce motif n'a dès lors pas à être examinée.
3.3 Le droit d'être entendu garanti à l'art. 29 al. 2 Cst. comprend celui de faire administrer les preuves pour autant que celles-ci soient requises dans les formes prévues par le droit cantonal et qu'elles apparaissent utiles à l'établissement des faits pertinents (ATF 129 II 497 consid. 2.2 p. 504; 127 I 54 consid. 2b p. 56; 126 I 97 consid. 2b p. 102). L'autorité de décision peut donc se livrer à une appréciation anticipée de la pertinence du fait à prouver et de l'utilité du moyen de preuve offert et, sur cette base, refuser de l'administrer. Ce refus ne viole le droit d'être entendu que si l'appréciation à laquelle elle a ainsi procédé est entachée d'arbitraire (ATF 131 I 153 consid. 3 p. 157 et les arrêts cités; sur la notion d'arbitraire, voir ATF 132 I 13 consid. 5.1 p. 17).
Le Tribunal administratif fédéral a rappelé à propos de la requête du recourant tendant à l'audition du chef du service cantonal des enquêtes relatives à la naturalisation que la procédure de recours régie par la PA est en principe écrite. Il n'est ainsi procédé à l'audition de parties ou de témoins que si de telles mesures d'instruction paraissent indispensables à l'établissement des faits de la cause (art. 14 al. 1 PA; cf. ATF 130 II 169 consid. 2.3.3 p. 173). En l'occurrence, le tribunal a considéré que les éléments essentiels sur lesquels il fondait son appréciation ressortaient clairement du dossier et ne nécessitaient aucun complément d'instruction; il était par conséquent inutile d'ordonner la comparution de la personne mentionnée par le recourant. Ce dernier allègue cependant que l'audition requise était indispensable pour démentir le soupçon d'homosexualité qui pesait sur lui. Cet élément n'est de toute façon pas pertinent en l'espèce, puisqu'il n'a pas été retenu par le Tribunal administratif pour arriver à la conclusion que la naturalisation facilitée avait été obtenue sur la base de déclarations mensongères, voire d'une dissimulation de faits essentiels. Au contraire, au consid. 10.2 de l'arrêt attaqué, le tribunal a clairement écarté l'allégation selon laquelle le recourant était homosexuel. Par conséquent, le refus de procéder à l'audition requise échappe à l'arbitraire et le grief de violation du droit d'être entendu doit être rejeté.
4. Dans un grief intitulé "établissement inexact des faits", le recourant fait valoir que le soupçon relatif à son homosexualité constitue un élément déterminant dans la prise de décision concernant l'annulation de sa naturalisation; il semble partir du principe que son homosexualité a été établie et que ce fait a desservi sa cause. Or, comme il a été relevé au considérant précédent, le Tribunal administratif fédéral a clairement écarté l'allégation selon laquelle le recourant était homosexuel. Il a en effet souligné que le rapport des autorités cantonales indiquait cette information sous toute réserve, que le recourant et son ex-épouse l'avaient formellement démentie et que, de plus, l'intéressé vivait actuellement avec une femme, de sorte que l'allégation paraissait infondée. Dans ces conditions, le recourant ne peut être suivi lorsqu'il affirme que les faits ont été constatés de façon inexacte. Mal fondé, le recours doit être rejeté sur ce point et le Tribunal fédéral est lié par les faits retenus dans l'arrêt attaqué, conformément à l'art. 105 al. 1 LTF.
5. Conformément aux art. 41 al. 1 de la loi fédérale du 29 septembre 1952 sur l'acquisition et la perte de la nationalité suisse (LN; RS 141.0) et 14 al. 1 de l'ordonnance du 17 novembre 1999 sur l'organisation du Département fédéral de justice et police (RS 172.213.1), l'Office fédéral des migrations peut, avec l'assentiment de l'autorité du canton d'origine, annuler dans les cinq ans une naturalisation facilitée obtenue par des déclarations mensongères ou par la dissimulation de faits essentiels.
5.1 Pour qu'une naturalisation facilitée soit annulée, il ne suffit donc pas qu'elle ait été accordée alors que l'une ou l'autre de ses conditions n'était pas remplie; il faut qu'elle ait été acquise grâce à un comportement déloyal et trompeur. S'il n'est pas besoin que ce comportement soit constitutif d'une escroquerie au sens du droit pénal, il est nécessaire que l'intéressé ait donné sciemment de fausses informations à l'autorité ou qu'il l'ait délibérément laissée dans l'erreur sur des faits qu'il savait essentiels (ATF 132 II 113 consid. 3.1 p. 115 et les arrêts cités). Tel est notamment le cas si le requérant déclare vivre en communauté stable avec son conjoint alors qu'il envisage de se séparer une fois obtenue la naturalisation facilitée; peu importe que son mariage se soit ou non déroulé jusqu'ici de manière harmonieuse (arrêt 5A.22/2006 du 13 juillet 2006 consid. 2.2).
La nature potestative de l'art. 41 al. 1 LN confère une certaine liberté d'appréciation à l'autorité compétente, qui doit toutefois s'abstenir de tout abus dans l'exercice de celle-ci. Commet un abus de son pouvoir d'appréciation l'autorité qui se fonde sur des critères inappropriés, ne tient pas compte de circonstances pertinentes ou rend une décision arbitraire, contraire au but de la loi ou au principe de la proportionnalité (ATF 129 III 400 consid. 3.1 p. 115; 128 II 97 consid. 4a p. 101 et les arrêts cités).
5.2 La procédure administrative fédérale est régie par le principe de la libre appréciation des preuves (art. 40 de la loi fédérale de procédure civile fédérale du 4 décembre 1947 [PCF; RS 273], applicable par renvoi de l'art. 19 PA). Ce principe vaut également devant le Tribunal administratif fédéral (art. 37 LTAF). L'administration supporte le fardeau de la preuve lorsque la décision intervient, comme en l'espèce, au détriment de l'administré. Cela étant, la jurisprudence admet dans certaines circonstances que l'autorité puisse se fonder sur une présomption. C'est notamment le cas pour établir que le conjoint naturalisé a menti lorsqu'il a déclaré former une union stable, dans la mesure où il s'agit d'un fait psychique, lié à des éléments relevant de la sphère intime, souvent inconnus de l'administration et difficiles à prouver (ATF 130 II 482 consid. 3.2 p. 485). Partant, si l'enchaînement rapide des événements fonde la présomption de fait que la naturalisation a été obtenue frauduleusement, il incombe alors à l'administré, en raison non seulement de son devoir de collaborer à l'établissement des faits (art. 13 al. 1 let. a PA; cf. ATF 132 II 113 consid. 3.2 p. 115 s.), mais encore dans son propre intérêt, de renverser cette présomption (ATF 130 II 482 consid. 3.2 p. 485 s.).
S'agissant d'une présomption de fait, qui ressortit à l'appréciation des preuves et ne modifie pas le fardeau de la preuve (cf. ATF 130 II 482 consid. 3.2 p. 486), l'administré n'a pas besoin, pour la renverser, de rapporter la preuve contraire du fait présumé, à savoir faire acquérir à l'autorité la certitude qu'il n'a pas menti; il suffit qu'il parvienne à faire admettre l'existence d'une possibilité raisonnable qu'il n'ait pas menti en déclarant former une communauté stable avec son conjoint. Il peut le faire en rendant vraisemblable, soit la survenance d'un événement extraordinaire susceptible d'expliquer une détérioration rapide du lien conjugal, soit l'absence de conscience de la gravité de ses problèmes de couple au moment de la signature de la déclaration commune (ATF 135 II 161 consid. 3 p. 165 s.; arrêt 5A.12/2006 du 23 août 2006 consid. 2.3 et les arrêts cités).
6. 6.1 Dans le cas particulier, le Tribunal administratif fédéral a relevé que A._ et X._ s'étaient mariés en mars 1998, après s'être rencontrés lors des vacances de l'intéressée en Tunisie cinq mois auparavant. Le 18 janvier 2003, le recourant avait introduit une procédure de naturalisation facilitée, dans le cadre de laquelle les époux avaient contresigné, le 2 juin 2003, une déclaration relative à la stabilité de leur mariage. Le recourant avait obtenu la nationalité suisse le 4 août 2003. Or, environ neuf mois plus tard seulement, les époux avaient déposé une requête commune de divorce et étaient parvenus à un accord complet sur les effets accessoires du divorce, leur séparation ayant eu lieu en juin 2004 et leur union conjugale ayant été dissoute par jugement du 20 décembre 2004. Pour le Tribunal administratif fédéral, ces éléments et leur déroulement chronologique particulièrement rapide étaient de nature à fonder la présomption selon laquelle, au moment de la signature de la déclaration commune et a fortiori lors de la décision de naturalisation, les époux n'avaient plus la volonté de maintenir une communauté conjugale stable au sens de l'art. 27 LN.
Le recourant ne conteste aucun de ces éléments, lesquels sont propres à fonder la présomption que sa naturalisation a été obtenue frauduleusement. Comme l'a souligné le Tribunal administratif fédéral, le fait que l'union conjugale formée par les intéressés était fondée sur l'amour et qu'ils ont vécu pendant plusieurs années une vie de couple harmonieuse ne permet pas d'affaiblir ladite présomption, puisqu'il n'est de toute façon pas contesté que les époux X._ se sont mariés dans le but premier de fonder une communauté conjugale.
6.2 Selon la jurisprudence précitée, il incombait dès lors au recourant de renverser cette présomption en rendant vraisemblable, soit la survenance d'un événement extraordinaire, susceptible d'expliquer une dégradation aussi rapide du lien conjugal, soit l'absence de conscience de la gravité de ses problèmes de couple au moment de la signature de la déclaration commune.
Le recourant explique que son ex-épouse a vécu des moments très difficiles depuis le décès soudain de son père en 2001 et d'autres problèmes qu'elle a rencontrés au travail, ceci tout en assumant les tâches ménagères du foyer familial. L'ensemble de ces causes l'aurait plongée dans une solitude maladive dont elle n'aurait su s'extraire qu'en rejetant son ex-époux en même temps qu'elle tentait ainsi de se libérer de sa dépression. Bien que le recourant ait commencé à travailler en 2001, il était à la charge de son épouse de 1998 à 2001; son ex-épouse a commencé à sentir, en 2004 seulement, que son état n'était pas normal (fatigue, difficulté à se lever). Elle n'est pourtant pas allée voir un médecin car elle niait sa maladie; certaines personnes ne prennent conscience de leur maladie que tardivement, comme c'est le cas de l'intéressée, selon les attestations du Dr B._ des 23 novembre 2009 et 19 novembre 2010.
Avec le Tribunal administratif fédéral, il sied de constater que le recourant n'a pas rendu vraisemblable que c'est à partir de 2004 que son ex-épouse a souffert de problèmes psychiques ni que ceux-ci ont été, en quelques mois seulement, propres à influencer leur vie de couple au point de les conduire au divorce, sans séparation préalable ni mesures protectrices de l'union conjugale. Invité à apporter des preuves à ce sujet, le recourant n'a versé en cause qu'un certificat médical rédigé par le Dr B._ le 23 novembre 2009. Or, le praticien ne suit A._ que depuis l'été 2006, soit deux ans et demi après le burn-out dont elle aurait été victime. Par ailleurs, ce certificat ne fait qu'émettre l'hypothèse selon laquelle les intéressés n'auraient pas divorcé si les problèmes de santé de l'épouse avaient été diagnostiqués plus tôt, mais ne fournit aucune explication médicale propre à démontrer que les troubles de A._ auraient pu survenir de manière extrêmement rapide et intense début 2004 et qu'ils étaient propres à avoir une influence radicale sur la vie de couple des intéressés, lesquels disaient former une communauté de vie conjugale intacte et stable à peine quelques mois auparavant. Ce document évoque également que le divorce a été causé par la situation de surmenage à laquelle l'intéressée était confrontée en raison de son travail à plein temps et du fait que son mari se trouvait en formation professionnelle. Le recourant admet toutefois qu'il a achevé sa formation en 2001 déjà et qu'il a alors décroché un poste dans une société qui l'emploie encore actuellement. Il n'est au surplus pas crédible que son ex-épouse ait pu avoir un burn-out sans que cela ait eu une influence visible sur sa vie professionnelle, en particulier sur sa capacité de travail. Le recourant n'a fourni aucun autre moyen de preuve relatif aux problèmes de santé de son ex-épouse, malgré la demande explicite du Tribunal administratif fédéral dans ce sens, et n'a pas non plus expliqué pourquoi il n'était pas à même de produire de telles attestations. Dans ces circonstances, il apparaît que le recourant n'a pas réussi à rendre vraisemblable la survenance d'un événement extraordinaire susceptible d'expliquer une dégradation aussi rapide du lien conjugal et que les éléments avancés ne permettent pas de renverser la présomption établie. Il en découle que les conditions d'application de l'art. 41 LN sont remplies et que le Tribunal administratif fédéral n'a pas abusé de son pouvoir d'appréciation en confirmant l'annulation de la naturalisation facilitée octroyée au recourant.
7. Il résulte de ce qui précède que le recours doit être rejeté, aux frais du recourant qui succombe (art. 65 et 66 al. 1 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté.
2. Les frais judiciaires, fixés à 2'000 fr., sont mis à la charge du recourant.
3. Le présent arrêt est communiqué au mandataire du recourant, à l'Office fédéral des migrations et au Tribunal administratif fédéral, Cour III.
Lausanne, le 1er mars 2011
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: La Greffière:
Fonjallaz Mabillard