Faits:
A. K._ est marié et père de quatre enfants, nés en 1989, 1991, 1994 et 1998. Victime d'un accident de la circulation en juillet 2000, il présente, selon une expertise médicale réalisée par le service de neurologie de la Clinique X._, un syndrome post-commotionnel tardif et sévère avec troubles neuropsychologiques, ainsi qu'un trouble dépressif récurrent et une agoraphobie avec trouble panique (rapport du 17 février 2005). Il a été mis au bénéfice d'une rente entière de l'assurance-invalidité à partir du 1er juillet 2001. Le 17 mars 2007, l'intéressé a déposé une demande de prestations complémentaires. Par décision du 13 juin 2007, confirmée par décision sur opposition du 14 novembre 2007, l'Office cantonal genevois des personnes âgées (OCPA; depuis le 1er mai 2008, le Service des prestations complémentaires, ci-après : SPC) a nié le droit de K._ à des prestations complémentaires de droit fédéral et fixé à 36 fr. par mois le montant des prestations de droit cantonal dès le 1er mars 2007. Dans son calcul, l'administration a tenu compte d'un revenu potentiel de 39'856 fr. brut par an que l'épouse de l'assuré, U._, serait apte à réaliser si elle exerçait une activité lucrative.
B. B.a Saisi d'un recours de l'intéressé, le Tribunal cantonal genevois des assurances sociales (aujourd'hui: Cour de justice de la République et canton de Genève, Chambre des assurances sociales) l'a admis; il a annulé la décision sur opposition du 14 novembre 2007 en tant qu'elle retenait un gain potentiel pour l'épouse et invité l'OCPA à rendre une nouvelle décision de prestations (jugement du 22 avril 2008). L'administration a déféré ce jugement au Tribunal fédéral, qui, par arrêt du 6 février 2009, l'a annulé et renvoyé la cause à la juridiction cantonale pour qu'elle établisse les faits déterminants en ce qui concerne la nécessité d'une surveillance personnelle et constante de K._ en raison de ses troubles psychiques, au besoin en complétant l'instruction, puis rende une nouvelle décision.
B.b Reprenant l'instruction de la cause, le Tribunal cantonal genevois des assurances sociales a entendu le docteur P._, psychiatre traitant, et recueilli l'avis des docteurs O._, du service de neurologie de X._, et M._, psychiatre, qui avaient examiné l'intéressé dans le cadre de la procédure concernant l'assurance-accidents. Statuant le 1er décembre 2009, le Tribunal a annulé la décision du 14 novembre 2007 et renvoyé la cause au SPC pour qu'il se prononce sur l'étendue du taux d'activité exigible de la part de U._ en relation avec le gain potentiel.
Par décision sur opposition du 4 mars 2010, le SPC a considéré que l'épouse de K._ pouvait travailler à plein temps dans une activité de nettoyage ou en qualité de couturière et que le gain potentiel qu'elle pouvait en tirer devait être pris en compte dans le calcul du droit aux prestations complémentaires. Pour ce motif, il a rejeté les oppositions formées par le prénommé à l'encontre de ses précédentes décisions.
B.c L'intéressé a déféré la décision du 4 mars 2010 au Tribunal cantonal genevois des assurances sociales qui l'a débouté par jugement du 6 juillet 2010.
C. K._ interjette un recours en matière de droit public à l'encontre de ce jugement, ainsi que celui du 1er décembre 2009 et requiert leur annulation. Il demande que le gain potentiel pour son épouse ne soit pas pris en compte dans le calcul des prestations complémentaires fédérales et que les frais et dépens, de la présente procédure et de la procédure cantonale, soient mis à la charge du SPC.
Le SPC conclut au rejet du recours, tandis que l'Office fédéral des assurances sociales a renoncé à se déterminer.
Considérant en droit:
1. Le recours est dirigé à la fois contre le jugement du 6 juillet 2010 et celui du 1er décembre 2009. Dans son arrêt du 1er décembre 2009, la juridiction cantonale avait admis la prise en compte du gain potentiel de l'épouse compte tenu de l'état de santé du recourant; elle avait toutefois renvoyé la cause au SPC pour qu'il se prononce sur l'étendue du taux d'activité exigible de la part de l'épouse du recourant eu égard aux critères dégagés par la jurisprudence en la matière (tels l'âge, la formation et la longue absence de la vie professionnelle). Le jugement du 1er décembre 2009, qui n'a pas mis un terme à la procédure au sens de l'art. 90 LTF, constitue une décision préjudicielle ou incidente qui peut, conformément à l'art. 93 al. 3 LTF, être attaquée à l'occasion du recours dirigé contre la décision finale (ici, le jugement du 6 juillet 2010), à condition qu'elle influe sur le contenu de celle-ci. C'est le cas en l'espèce, puisque la question, tranchée par la juridiction cantonale dans son jugement du 1er décembre 2009, de la prise en compte d'un gain potentiel de l'épouse au regard de l'état de santé de son mari dans le calcul des prestations complémentaires, détermine directement le droit à de telles prestations. Le recours formé à l'encontre de la décision préjudicielle ou incidente et de la décision finale est donc recevable.
2. Le présent litige porte sur le droit du recourant à des prestations complémentaires fédérales, singulièrement sur la prise en compte dans le calcul de celles-ci du gain hypothétique de son conjoint, eu égard à son état de santé.
3. Dans son arrêt du 1er décembre 2009, la juridiction cantonale a examiné le point de savoir si le recourant avait besoin de la surveillance personnelle et constante de son épouse en raison de ses troubles psychiques. S'appuyant sur les avis des docteurs O._ (du 2 septembre 2009) et M._ (du 3 septembre 2009), elle a constaté que l'état de santé du recourant ne requérait pas du point de vue médical une surveillance à domicile de la part de son épouse. Par la surveillance constante que celle-ci exerçait sur son époux, elle renonçait dès lors à une source de revenus sans y être contrainte, ni juridiquement, ni médicalement. En l'absence de motif réduisant ou excluant toute possibilité, pour l'épouse du recourant, d'exercer une activité lucrative, les premiers juges ont finalement, par jugement du 6 juillet 2010, confirmé le gain potentiel retenu par le SPC (correspondant à une activité à plein temps dans le domaine du nettoyage, à concurrence des deux tiers après déduction de 1'500 fr.).
4. Le recourant ne conteste pas le montant du gain potentiel pour l'épouse retenu par les juges cantonaux. Invoquant une appréciation arbitraire des preuves et une constatation des faits manifestement inexacte, le recourant reproche en revanche à la juridiction de première instance d'avoir préféré l'opinion des experts O._ et M._ à l'avis de son psychiatre traitant, le docteur P._. Selon les déclarations de ce médecin, la présence constante de l'épouse aux côtés de son mari est indispensable en raison de la gravité de l'état de santé de celui-ci, notamment des troubles psychotiques dont il souffre. Le recourant soutient par conséquent qu'il n'est pas possible d'exiger de la part de U._ qu'elle exerce une activité lucrative et de retenir le gain hypothétique qu'elle pourrait en tirer dans le calcul des prestations complémentaires.
5. 5.1 L'appréciation des preuves est arbitraire lorsqu'elle est manifestement insoutenable, en contradiction avec le dossier ou contraire au sens de la justice et de l'équité ou encore lorsque l'autorité ne prend pas en compte, sans raison sérieuse, un élément de preuve propre à modifier la décision, lorsqu'elle se trompe manifestement sur son sens et sa portée, ou encore lorsque, en se fondant sur les éléments recueillis, elle en tire des conclusions insoutenables (cf. ATF 134 V 53 consid. 4.3 p. 62; 129 I 8 consid. 2.1 p. 9). Compte tenu de son pouvoir d'examen restreint, il n'appartient pas au Tribunal fédéral de procéder une nouvelle fois à l'appréciation des preuves administrées, mais à la partie recourante d'établir en quoi celle opérée par l'autorité cantonale serait insoutenable, ou en quoi les faits constatés seraient manifestement inexacts ou incomplets ou auraient été établis en violation du droit.
5.2 En l'occurrence, l'appréciation des preuves opérée par la juridiction cantonale n'apparaît pas arbitraire. L'autorité judiciaire de première instance a en effet pris en considération les trois avis médicaux à disposition se prononçant sur la question litigieuse, à savoir celui du médecin traitant, le docteur P._ (procès-verbal d'enquêtes du 5 mai 2009) et les prises de position des docteurs O._ (rapport du 2 septembre 2009) et M._ (rapport du 3 septembre 2009). Elle a expliqué les raisons qui l'ont conduite à écarter l'avis du médecin traitant au profit de celui des experts, en relevant que ces derniers avaient apporté des éléments propres à emporter sa conviction que la nécessité d'une surveillance permanente de l'épouse ne résultait non seulement pas d'une exigence médicale, mais qu'elle pouvait de surcroît se montrer une mesure thérapeutique contre-productive.
Si la motivation des premiers juges peut paraître succincte, elle n'est toutefois pas dénuée de tout fondement, dès lors qu'elle s'appuie sur l'avis de deux spécialistes, qui se sont prononcés en connaissance du dossier, en se référant à leurs précédentes conclusions et en tenant compte des constatations du psychiatre traitant. Ces experts n'ont certes pas revu le recourant, comme le souligne celui-ci, mais avaient toutefois procédé à son examen lors de leur expertise respective (rapports du 7 juin 2004 du docteur M._ et du 17 février 2005 des docteurs O._ et I._). Un tel examen n'était au demeurant pas indispensable pour que les experts puissent se prononcer, parce que la situation médicale du recourant ne s'est pas, au vu des pièces au dossier, fondamentalement modifiée depuis leur première appréciation.
En effet, contrairement au grief soulevé par le recourant, selon lequel les docteurs O._ et M._ n'auraient pas tenu compte de l'évolution de son état de santé, il ressort du dossier qu'une modification de la situation ne peut pas vraiment être mise en évidence. Lors de son audition, le docteur P._ a lui-même déclaré que l'état de santé de son patient ne s'était pas aggravé ces dernières années et qu'il s'était plutôt stabilisé dans un état chronique grâce à une relation thérapeutique positive. A ce sujet, les troubles psychotiques qu'il mentionne et qui seraient selon lui passés au premier plan, avaient déjà été discutés par le docteur M._, qui n'avait toutefois pas retenu ce diagnostic dans son rapport d'expertise. Par ailleurs, dans leur prise de position à l'attention de la juridiction cantonale, les experts ont pris en considération l'appréciation du docteur P._, dont ils avaient à disposition les déclarations faites au cours de l'audition en procédure cantonale. C'est précisément en tenant compte d'un trouble psychotique chez le recourant que le docteur M._ a considéré qu'il était tout à fait inhabituel qu'une telle affection justifie une surveillance "préventive" constante, sauf en phase de décompensation aiguë. De son côté, le docteur O._ a retenu qu'au moment de son expertise en janvier 2005, il n'était pas nécessaire que le patient soit accompagné de son épouse ou d'autres personnes en permanence afin d'éviter une décompensation psychotique ou une hospitalisation en milieu psychiatrique. Il a indiqué qu'une absolue nécessité d'accompagnement permanent d'un patient comme mesure thérapeutique dans un cas tel que celui du recourant était pour le moins étrange et inhabituel et qu'il lui paraissait difficile de confirmer l'évaluation du docteur P._ sans autre élément récent ou un réexamen de l'intéressé.
Ainsi l'argumentation du recourant, qui, pour le reste, se limite dans une large mesure à citer des passages de l'audition du docteur P._, ne peut être suivie. C'est sans arbitraire que la juridiction cantonale, faisant sienne l'opinion des experts, a retenu que la présence constante de l'épouse aux côtés du recourant n'était pas indispensable et que l'on pouvait exiger de sa part qu'elle exerce une activité lucrative à plein temps.
6. Au regard de ce qui précède, le recours se révèle mal fondé et doit être rejeté.
7. Vu l'issue du litige, les frais judiciaires doivent être mis à la charge du recourant, qui succombe (art. 66 al. 1 LTF). Il 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 est rejeté.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 500 fr., sont mis à la charge du recourant.
3. Le présent arrêt est communiqué aux parties, à la Cour de justice de la République et canton de Genève, Chambre des assurances sociales, et à l'Office fédéral des assurances sociales.
Lucerne, le 29 avril 2011
Au nom de la IIe Cour de droit social
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: La Greffière:
Meyer Reichen