Sachverhalt:
A. Die Staatsanwaltschaft IV des Kantons Zürich führt eine Strafuntersuchung gegen X._ wegen sexueller Handlungen mit Kindern. Sie wirft ihm vor, von Mai bis August 1994 mehrmals die damals siebenjährige Tochter seiner damaligen Lebensgefährtin in sexuelle Handlungen einbezogen sowie an und mit ihr sexuelle Handlungen vorgenommen zu haben. Sie habe im Bett gelegen, wobei er sie gestreichelt, im Intimbereich angefasst, sein Glied an ihrer Scheide gerieben, sich selbst befriedigt und sie aufgefordert haben soll, ihn zu streicheln und sein Glied zu reiben. Einmal soll er sie aufgefordert haben, sein Glied in den Mund zu nehmen. Ein anderes Mal soll er versucht haben, mit seinem Glied in ihre Scheide einzudringen. Weiter wirft ihm die Staatsanwaltschaft vor, im Herbst 2000 oder 2001 das Zimmer der damals zwölf- bzw. dreizehnjährigen Stieftochter nackt betreten und sie im Intimbereich gestreichelt zu haben.
B. Am 1. Juli 2010 nahm die Polizei X._ fest. Mit Entscheid vom 2. Juli 2010 versetzte ihn der Haftrichter des Bezirksgerichts Zürich in Untersuchungshaft.
Am 16. September 2010 beantragte X._ die Haftentlassung. Diese lehnte der Haftrichter am 23. September 2010 ab und verlängerte die Haft bis zum 1. Januar 2011. Er bejahte den dringenden Tatverdacht und die Kollusionsgefahr.
C. X._ erhebt Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt die Aufhebung des Entscheids des Haftrichters und seine Haftentlassung.
Die Staatsanwaltschaft hat sich vernehmen lassen und beantragt sinngemäss die Abweisung der Beschwerde. Der Haftrichter hat auf eine Vernehmlassung verzichtet. In der Replik hält X._ an der Beschwerde fest.

Erwägungen:
1. Gemäss <ref-law> ist gegen den angefochtenen Entscheid die Beschwerde in Strafsachen gegeben. Ein kantonales Rechtsmittel steht nicht zur Verfügung. Die Beschwerde ist nach Art. 80 i.V.m. <ref-law> zulässig. Der Beschwerdeführer ist nach <ref-law> zur Beschwerde befugt. Da auch die übrigen Sachurteilsvoraussetzungen erfüllt sind, ist auf die Beschwerde einzutreten.
2. 2.1 Der Beschwerdeführer rügt, der angefochtene Entscheid verletze sein verfassungsmässiges Recht auf persönliche Freiheit.
2.2 Bei Beschwerden, die gestützt auf das Recht der persönlichen Freiheit (Art. 10 Abs. 2, Art. 31 BV) wegen der Ablehnung eines Haftentlassungsgesuches erhoben werden, prüft das Bundesgericht im Hinblick auf die Schwere des Eingriffs die Auslegung und Anwendung des entsprechenden kantonalen Rechts frei (<ref-ruling> E. 3.2.3 S. 24 mit Hinweisen).
Untersuchungshaft darf nach der Strafprozessordnung vom 4. Mai 1919 des Kantons Zürich (StPO/ZH; LS 321) nur angeordnet bzw. verlängert werden, wenn der Angeklagte eines Verbrechens oder Vergehens dringend verdächtigt wird und ausserdem ein besonderer Haftgrund vorliegt (<ref-law>/ZH). Der besondere Haftgrund der Kollusionsgefahr ist gegeben, wenn aufgrund bestimmter Anhaltspunkte ernsthaft befürchtet werden muss, der Angeklagte werde Spuren oder Beweismittel beseitigen, Dritte zu falschen Aussagen zu verleiten suchen oder die Abklärung des Sachverhalts auf andere Weise gefährden (<ref-law>/ZH).
2.3 Der Beschwerdeführer bestreitet den dringenden Tatverdacht nicht. Er wendet sich gegen die Annahme der Kollusionsgefahr. Er macht geltend, die Untersuchung sei abgeschlossen. Er habe seit 10 resp. 16 Jahren keinen Kontakt mit den Opfern gehabt. Allein aus dem Umstand, dass er nicht geständig sei, sei nicht auf Kollusionsgefahr zu schliessen.
2.4 Die strafprozessuale Haft wegen Kollusionsgefahr soll verhindern, dass der Angeschuldigte die Freiheit dazu missbrauchen würde, die wahrheitsgetreue Abklärung des Sachverhalts zu vereiteln oder zu gefährden. Die theoretische Möglichkeit, dass der Angeschuldigte in Freiheit kolludieren könnte, genügt indessen nicht, um die Fortsetzung der Haft unter diesem Titel zu rechtfertigen. Es müssen konkrete Indizien für die Annahme von Verdunkelungsgefahr sprechen. Solche können sich namentlich aus den persönlichen Beziehungen zwischen ihm und den ihn belastenden Personen ergeben. Bei der Frage, ob im konkreten Fall eine massgebliche Beeinträchtigung des Strafverfahrens wegen Verdunkelung droht, ist auch der Art und Bedeutung der von Beeinflussung bedrohten Aussagen bzw. Beweismittel, der Schwere der untersuchten Straftaten sowie dem Stand des Verfahrens Rechnung zu tragen. Nach Abschluss der Strafuntersuchung bedarf der Haftgrund der Kollusionsgefahr einer besonders sorgfältigen Prüfung. Er dient primär der Sicherung einer ungestörten Strafuntersuchung. Je weiter das Strafverfahren vorangeschritten ist und je präziser der Sachverhalt bereits abgeklärt werden konnte, desto höhere Anforderungen sind grundsätzlich an den Nachweis von Verdunkelungsgefahr zu stellen (<ref-ruling> E. 3.2 ff. S. 23 ff. mit Hinweisen).
2.5 Die Strafuntersuchung ist hier weit fortgeschritten und die wesentlichen Beweise sind erhoben. Nach der dargelegten Rechtsprechung sind deshalb die Anforderungen an den Nachweis der Verdunkelungsgefahr erhöht.
Der Beschwerdeführer war anlässlich der polizeilichen Befragung teilweise geständig. Vor dem Staatsanwalt hat er die Aussage verweigert. Es ist nicht auszuschliessen, dass er sich bei einer Haftentlassung mit den Opfern und Zeugen in Verbindung setzen und diese veranlassen könnte, ihre belastenden Aussagen zumindest abzuschwächen.
Im Jahre 1994 soll der Beschwerdeführer die damals siebenjährige Tochter seiner damaligen Lebensgefährtin sexuell angegangen haben. Danach soll er dem Kind mit dem Weggang von Mutter und Geschwister gedroht haben, wenn es jemandem etwas erzähle. Im gleichen Jahr trennte sich die damalige Lebensgefährtin von ihm und brach den Kontakt - mit Ausnahme von wenigen Telefonanrufen - ab. Kontakt zu ihrer Tochter hatte der Beschwerdeführer letztmals im Jahr 1994. Im Jahr 2000 oder 2001 soll der Beschwerdeführer die damals zwölf- bzw. dreizehnjährigen Stieftochter seiner damaligen Ehefrau sexuell angegangen haben. Die Ehe endete im Jahr 2001. Der Beschwerdeführer hatte danach kaum mehr Kontakt mit seiner damaligen Ehefrau und deren Tochter; letztmals vor sieben Jahren. Er hatte das mutmassliche Opfer weder auf den Vorfall angesprochen noch ihm gedroht.
Unter Würdigung dieser Umstände scheint es unwahrscheinlich, dass sich die Opfer und Zeugen heute vom Beschwerdeführer beeinflussen liessen, selbst wenn sie vor Gericht nochmals aussagen müssten. Die Opfer haben lange mit einer Strafanzeige zugewartet. Sie und die wesentlichen Zeugen haben seit längerer Zeit keine persönliche Bindung mehr zum Beschwerdeführer. Es liegen keine konkreten Indizien vor, wonach er versucht hätte die Opfer und Zeugen zu beeinflussen oder unter Druck zu setzen. Zwar hat seine heutige Lebensgefährtin versucht, ein Opfer telefonisch zu kontaktieren und dabei mit der Mutter des Opfers gesprochen. Dies liesse sich aber auch mit der Inhaftierung des Beschwerdeführers nicht verhindern. Die Mitteilung des Telefonats an die Staatsanwaltschaft zeigt, dass die Opfer sich nicht beeinflussen lassen.
Sollte die Anklage nach Inkrafttreten am 1. Januar 2011 der Schweizerischen Strafprozessordnung vom 5. Oktober 2007 (StPO/CH; AS 2010 1881 ff.) beim Bezirksgericht erfolgen, wäre <ref-law>/CH von Bedeutung. Danach erhebt das Gericht im Vorverfahren ordnungsgemäss erhobene Beweise nochmals, sofern die unmittelbare Kenntnis des Beweismittels für die Urteilsfällung notwendig erscheint. Die Anhörung der Opfer und Zeugen vor Gericht ist deshalb denkbar. Allein gestützt darauf kann aber keine Kollusionsgefahr bejaht werden. Vielmehr müssen nach der dargelegten Rechtsprechung konkrete Indizien für die Annahme von Verdunkelungsgefahr sprechen. Die theoretische Möglichkeit genügt nicht.
2.6 Bestehen danach keine konkreten Anhaltspunkte für Kollusionsgefahr, kann dieser Haftgrund nicht bejaht werden. Die Staatsanwaltschaft und die Vorinstanz führen keine anderen Haftgründe an. Die Beschwerde ist begründet.
3. Die Beschwerde ist gutzuheissen und der Beschwerdeführer aus der Haft zu entlassen. Es sind keine Kosten zu erheben (<ref-law>). Der Kanton hat dem Vertreter des Beschwerdeführers eine Entschädigung für das Verfahren vor Bundesgericht zu entrichten (Art. 68 Abs. 1 und 2 BGG). Der Antrag auf unentgeltliche Rechtspflege und Verbeiständung ist deshalb gegenstandslos.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird gutgeheissen und die Verfügung des Haftrichters des Bezirksgerichts Zürich vom 23. September 2010 aufgehoben.
2. Der Beschwerdeführer ist aus der Haft zu entlassen.
3. Es werden keine Kosten erhoben.
4. Der Kanton Zürich hat dem Vertreter des Beschwerdeführers, Rechtsanwalt Bernard Rambert, eine Entschädigung von Fr. 2'000.-- zu bezahlen.
5. Dieses Urteil wird dem Beschwerdeführer, der Staatsanwaltschaft IV des Kantons Zürich und dem Bezirksgericht Zürich, Haftrichter, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 12. Oktober 2010
Im Namen der I. öffentlich-rechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber:
Féraud Christen