Faits:
A. K._, née à l'étranger en 1954 et infirmière de profession, travaillait depuis le 1er février 1996 auprès du Centre hospitalier X._. En raison de troubles dépressifs, elle a été mise en incapacité de travail à partir du 14 mars 2005. Présentant des douleurs lombaires à la suite d'une chute sur les fesses, elle a déposé, le 21 avril 2006, une demande de prestations de l'assurance-invalidité tendant à l'octroi d'une rente.
Après avoir recueilli l'avis des médecins traitants, l'Office cantonal de l'assurance-invalidité pour le canton de Vaud (ci-après: l'office AI) a confié la réalisation d'une expertise pluridisciplinaire à la Clinique Y._, à laquelle ont pris part les docteurs B._, spécialiste en médecine interne et en rhumatologie, S._, psychiatre et psychothérapeute, U._, spécialiste en médecine interne, et la physiothérapeute M._, chargée de l'évaluation des capacités fonctionnelles. Dans un rapport de synthèse du 30 juillet 2007, le docteur U._ a retenu les diagnostics de lombalgies communes, de trouble dépressif récurrent (actuellement en rémission), de syndrome métabolique (diabète de type II, hypertension artérielle, dyslipidémie) et d'obésité permagna. Il a constaté que l'intéressée avait une pleine capacité de travail dans son ancienne profession et dans toute autre activité comparable à partir de l'été 2006. Faisant siennes ces conclusions, l'office AI a, par décision du 27 février 2009, refusé d'octroyer la prestation requise, au motif que K._ ne présentait aucune atteinte à la santé invalidante au regard de l'assurance-invalidité.
B. L'assurée a déféré cette décision au Tribunal cantonal vaudois, Cour des assurances sociales, et versé au dossier de nouveaux rapports médicaux. Par jugement du 1er juillet 2010, le Tribunal cantonal vaudois a débouté l'intéressée.
C. K._ interjette un recours en matière de droit public et un recours constitutionnel subsidiaire contre ce jugement dont elle demande l'annulation. Elle conclut, sous suite de frais et dépens, principalement au versement d'une rente entière d'invalidité à partir du 21 avril 2007, et subsidiairement, au renvoi de la cause au Tribunal cantonal pour nouvelle instruction.
L'office AI n'a formulé aucune remarque, tandis que l'Office fédéral des assurances sociales a renoncé à se déterminer.
Considérant en droit:
1. La voie du recours en matière de droit public (art. 82 ss LTF) est ouverte, la décision attaquée ayant été rendue dans une cause de droit public (art. 82 let. a LTF), sans que l'une des exceptions de l'art. 83 LTF ne soit réalisée. Le recours a été déposé contre une décision finale rendue en dernière instance cantonale (art. 86 al. 1 let. d LTF). Le jugement attaqué peut dès lors faire l'objet d'un recours en matière de droit public, qui peut être formé notamment pour violation du droit fédéral (art. 95 let. a LTF), lequel comprend les droits constitutionnels. Il s'ensuit que le recours constitutionnel subsidiaire formé par K._ est irrecevable (art. 113 LTF); les griefs qu'elle y soulève seront toutefois traités comme faisant partie intégrante du recours en matière de droit public interjeté parallèlement.
2. Le Tribunal fédéral applique le droit d'office (art. 106 al. 1 LTF), sans être limité par les arguments du recourant ou par la motivation de l'autorité précédente. Il n'examine en principe que les griefs invoqués, compte tenu de l'exigence de motivation prévue à l'art. 42 al. 2 LTF, et ne peut aller au-delà des conclusions des parties (art. 107 al. 1 LTF). Le Tribunal fédéral fonde son raisonnement sur les faits retenus par la juridiction de première instance (art. 105 al. 1 LTF), sauf s'ils ont été établis de façon manifestement inexacte ou en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF (art. 105 al. 2 LTF). Le recourant qui entend s'écarter des faits constatés doit expliquer de manière circonstanciée en quoi les conditions de l'art. 105 al. 2 LTF sont réalisées sinon un état de fait divergent ne peut être pris en considération. Aucun fait nouveau ni preuve nouvelle ne peut être présenté à moins de résulter de la décision de l'autorité précédente (art. 99 al. 1 LTF).
3. Le litige porte sur le droit de la recourante à une rente d'invalidité à partir du 21 avril 2007. Le jugement attaqué expose correctement les règles légales et la jurisprudence qui sont applicables en l'espèce, si bien qu'il suffit d'y renvoyer.
4. Examinant l'ensemble du dossier médical, la juridiction cantonale a accordé pleine valeur probante à l'expertise des médecins de la Y._: leurs rapports d'examen avaient été établis en pleine connaissance de l'anamnèse et des pièces médicales, sur la base d'examens approfondis, des plaintes de l'assurée, ainsi que des examens radiologiques et IRM effectués; ils comprenaient une appréciation médicale claire, une motivation dûment étayée et des conclusions convaincantes et motivées. Suivant les conclusions des experts, la juridiction de première instance a considéré que la recourante disposait d'une capacité de travail entière dans son activité habituelle d'infirmière instrumentiste, et dans toute autre activité comparable en terme de sollicitations somato-psychiques. Elle a, en revanche, écarté les rapports des médecins traitants, au motif que moins étayés et insuffisamment motivés, ils ne permettaient pas de remettre en cause les conclusions des experts. Au terme de son appréciation, l'autorité de recours de première instance est arrivée à la conclusion que l'intéressée ne présentait pas un degré d'invalidité suffisant pour ouvrir le droit à des prestations de l'assurance-invalidité et que son recours devait être rejeté.
5. 5.1 Dans une première série de griefs, la recourante critique pour l'essentiel la valeur probante de l'expertise des médecins de la Y._. En substance, les experts n'auraient pas appréhendé la situation médicale dans son ensemble, ni pris en compte toutes ses pathologies; leurs rapports seraient entachés d'erreurs et d'omissions. Finalement, le ton généralement négatif de l'expertise ferait ressortir un préjugé négatif de la part des médecins à son égard.
5.2 En premier lieu, c'est à tort que la recourante reproche aux experts de la Y._ de ne pas avoir tenu compte de toutes les atteintes dont elle souffrait. Il convient tout d'abord de relever que certaines des pathologies prétendument oubliées qu'elle cite, à savoir l'hypertension artérielle, le diabète de type II, l'obésité permagna, et les discopathies étagées, correspondent aux diagnostics posés par le docteur U._ ou font partie de la synthèse de son rapport. Par ailleurs, dans leur appréciation, les médecins de la Y._ ont, d'une part, étudié les documents radiographiques et IRM antérieurs et ont, d'autre part, tenu compte des principaux rapports médicaux à leur disposition (notamment ceux des docteurs W._, R._, A._, Y._, F._, N._ et E._). Ils ont discuté les autres diagnostics retenus par ces médecins (par exemple l'état dépressif) et expliqué les raisons pour lesquelles ils s'écartaient de leurs conclusions, de sorte qu'on ne peut leur reprocher de ne pas avoir procédé à une analyse complète de la situation médicale. Comme l'a relevé à raison la juridiction cantonale, il ne leur appartenait nullement de suivre en tous points les constatations et motivations des médecins traitants de l'assurée, mais bien de donner, en tant que spécialistes consultés, leurs propres points de vue sur les résultats de leurs investigations et de leurs analyses au sujet de l'état de santé et de la capacité de travail de l'intéressée. Ainsi, l'argumentation de la recourante, selon laquelle l'expertise de la Y._ serait entachée d'erreurs ou d'omissions, du seul fait qu'elle ne retient pas les mêmes constatations que celles des médecins traitants, tombe à faux. Concernant le manque d'investigations sur l'origine et les conséquences de la surcharge pondérale, on peut s'en tenir aux constatations de la juridiction cantonale, qui s'est fondée sur ce point sur le rapport (du 1er octobre 2008) des docteurs Q._ et C._ du Service médical régional, selon lesquelles l'obésité n'avait, en l'occurrence, aucune répercussion sur la capacité de travail de l'assurée, l'excès de poids n'étant pas en soi constitutif d'invalidité (arrêts 9C_48/2009 du 1er octobre 2009 consid. 2.3 et I 583/82 du 17 octobre 1983 consid. 3 [RCC 1984 p. 359]). Pour le reste, l'argumentation de la recourante n'a pas à être examinée plus avant. Elle repose en effet dans une large mesure sur le rapport du 3 septembre 2010 de la doctoresse D._ qui, produit en instance fédérale, ne peut pas être pris en compte vu l'art. 99 LTF (cf. supra consid. 1).
Au regard de ce qui précède, le grief de la recourante relatif à l'absence de vue d'ensemble, qui ressortirait de l'appréciation des experts de la Y._, n'est pas pertinent. C'est précisément pour assurer une approche globale de l'état de santé que le docteur U._, médecin consultant à la Y._, a été chargé d'effectuer un rapport de synthèse qui comprenait les conclusions de ses confrères. Ce praticien a pu prendre en compte tous les aspects somatiques et psychiques de la symptomatologie douloureuse de la recourante, ainsi que l'évaluation de ses limitations fonctionnelles, et se livrer ainsi à une appréciation globale de la situation.
5.3 La recourante critique encore l'usage erroné des signes de Waddell et Kummel par les experts. Lorsque les docteurs B._ et U._ font référence à ces signes comportementaux, - lesquels ne constituent que l'un des aspects de leur évaluation, leurs conclusions s'appuyant de façon prépondérante sur des constatations d'ordre médical et non pas sur des signes comportementaux - , c'est uniquement pour signaler la discordance qui existe entre les allégations au sujet des douleurs et les constatations objectives. Quant à la physiothérapeute M._, elle parle d'autolimitation de l'effort pour indiquer, d'après la définition qu'elle en donne, que le sujet a mis fin à la tâche avant que l'évaluateur ait pu observer les signes physiques d'un effort maximal sans danger, de sorte que les données qui en résultent reposent sur les performances effectivement fournies par le sujet et non sur les performances maximales. En évoquant les signes de Waddell et Kummel ou l'existence d'une autolimitation, les experts ont souligné le fait que les constatations objectives résultant de l'examen clinique ne permettaient pas d'expliquer l'ampleur de la symptomatologie douloureuse. En cela, il n'apparaît pas que les examinateurs aient mis en doute la réalité de la souffrance vécue par la recourante, ce d'autant moins qu'ils n'ont pas évoqué l'hypothèse d'une simulation, contrairement à ce qu'elle soutient dans son mémoire de recours.
5.4 En ce qui concerne le manque d'objectivité des docteurs B._ et S._ invoqué par la recourante, les propos qu'elle relate à cet égard ne sont pas de nature à rendre vraisemblable une quelconque prévention de leur part; leurs déclarations, qui résultent soit de constatations de faits, soit d'observations effectuées lors des examens, notamment au sujet du comportement de l'assurée, ne dépassent pas le cadre de leur mandat. Même si l'on peut relever que l'utilisation du verbe "pleurnicher" par le docteur B._ n'est pas exempte d'une certaine connotation négative, elle ne permet toutefois pas à elle seule de considérer que ce médecin a manqué d'impartialité dans l'accomplissement de sa mission.
Dans ce contexte, la recourante reproche également aux experts leurs références à son origine serbo-monténégrine. Il s'agit là d'un des éléments qui forment l'anamnèse personnelle et que les médecins étaient tenus d'établir pour leur expertise afin de pouvoir se faire et donner une image complète de la situation personnelle de l'assurée. On ne voit pas en quoi leurs considérations sur ce point relèveraient d'une violation de la loi fédérale du 19 juin 1992 sur la protection des données (LPD), étant donné qu'ils étaient autorisés dans le cadre de leur mandat à traiter et à faire état de données personnelles concernant le patient.
5.5 Au regard des critiques de la recourante, qui ne sont pas de nature à remettre en cause les conclusions des experts, ni la valeur probante de leurs rapports, il apparaît que la juridiction cantonale pouvait accorder pleine valeur probante à l'expertise des médecins de la Y._ et se fonder sur leur appréciation pour se déterminer sur l'état de santé de la recourante.
6. 6.1 Invoquant une appréciation arbitraire des preuves, la recourante reproche également à la juridiction de recours de première instance d'avoir écarté sans aucune justification les rapports et appréciations des médecins qui se sont prononcés en sa faveur, dès lors qu'ils ont retenu une "invalidité totale".
6.2 Les premiers juges ont procédé à une appréciation consciencieuse de l'ensemble des pièces disponibles et donné les raisons qui les ont conduits à suivre les conclusions des experts de la Y._ et à écarter l'évaluation des autres médecins. C'est en vain que la recourante tente de tirer argument de la divergence d'opinion entre les experts de la Y._ et les autres médecins intervenants quant à la capacité de travail et au taux d'invalidité retenus. Cette divergence a en effet été constatée par la juridiction cantonale qui en a tenu compte dans son appréciation, expliquant pourquoi elle suivait l'évaluation des uns et non pas celle des autres. Par son argumentation, la recourante ne réussit pas à démontrer à satisfaction de droit l'existence de contradictions manifestes ou d'éléments cliniques ou diagnostiques, qui auraient été ignorés par les experts dont l'opinion a été suivie par les juges cantonaux, et encore moins à expliquer en quoi le point de vue de ses médecins traitants serait objectivement mieux fondé que celui des experts ou justifierait la mise en oeuvre d'une instruction complémentaire. Les rapports des médecins traitants et celui des docteurs L._ et O._, produits par la recourante en instance cantonale et pris en considération par les premiers juges dans la mesure où ils concernaient la situation de fait antérieure à la décision litigieuse (cf. ATF 129 V 1 consid. 1.2 p. 4), concluent certes à une incapacité de travail totale. Ils ne mentionnent toutefois pas en quoi l'expertise serait contradictoire, pas plus qu'ils ne font état d'éléments médicaux qui auraient été ignorés des experts. Il n'y a donc pas lieu de remettre en cause le résultat de l'appréciation des preuves opérée par la juridiction cantonale, qui n'apparaît en l'occurrence nullement arbitraire.
7. En conséquence de ce qui précède, le recours se révèle mal fondé et doit donc être rejeté.
8. Vu l'issue du litige, les frais judiciaires doivent être mis à la charge de la recourante, qui succombe (art. 66 al. 1 LTF). Elle ne saurait prétendre une indemnité de dépens pour l'instance fédérale (art. 68 al. 1 LTF).
Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours constitutionnel subsidiaire est irrecevable.
2. Le recours en matière de droit public est rejeté.
3. Les frais judiciaires, arrêtés à 500 fr., sont mis à la charge de la recourante.
4. Le présent arrêt est communiqué aux parties, à la Cour des assurances sociales du Tribunal cantonal du canton de Vaud et à l'Office fédéral des assurances sociales.
Lucerne, le 11 avril 2011
Au nom de la IIe Cour de droit social
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: La Greffière:
Meyer Reichen