Sachverhalt:
A. X._, geboren 1974 im Libanon, gelangte 1998 als Asylsuchender in die Schweiz. Am 30. März 1999 wurde sein Asylgesuch abgewiesen und die Wegweisung angeordnet. Dagegen legte er ein Rechtsmittel ein, zog dies aber am 24. November 1999 zurück, nachdem er am 5. November 1999 die Schweizerin A._ (geboren 1959) geheiratet und aufgrund dessen ein Aufenthaltsrecht erworben hatte.
Am 19. Juli 2003 stellte X._ beim Bundesamt für Zuwanderung, Integration und Auswanderung (IMES; heute: Bundesamt für Migration, BFM) ein Gesuch um erleichterte Einbürgerung. Da sich herausstellte, dass die Ehegatten seit dem 9. September 2003 getrennte Wohnsitze hatten, stellte das IMES den Fortbestand der Lebensgemeinschaft in Frage. Hierzu führten die Ehegatten in einem gemeinsamen Schreiben vom 23. Februar 2004 aus, der Bezug einer eigenen Wohnung durch die Ehefrau am 9. September 2003 sei aus gesundheitlichen Gründen erfolgt, zudem leiste der Ehemann Nachtarbeit. Dennoch bestehe zwischen ihnen eine intensive Beziehung. In der Folge holte das IMES mehrere Referenzauskünfte ein. Am 16. Juni 2004 unterzeichneten beide Ehegatten eine Erklärung, wonach sie in einer tatsächlichen, ungetrennten, stabilen ehelichen Gemeinschaft an derselben Adresse lebten und weder Trennungs- noch Scheidungsabsichten bestünden. Mit ihrer Unterschrift nahmen sie Kenntnis davon, dass diesbezügliche falsche Angaben zur Nichtigerklärung der Einbürgerung führen können. Am 14. Juli 2004 wurde X._ das Schweizer Bürgerrecht verliehen.
Ohne dass die Ehegatten zuvor wieder einen gemeinsamen Wohnsitz begründet hätten, reichten sie am 29. März 2006 beim Amtsgericht Luzern-Stadt ein gemeinsames Scheidungsbegehren ein. Ihre Ehe wurde mit Urteil vom 15. Januar 2007 geschieden.
Mit Verfügung vom 9. Juli 2009 erklärte das BFM die erleichterte Einbürgerung für nichtig. X._ focht diese Verfügung an. Mit Urteil vom 25. März 2011 wies das Bundesverwaltungsgericht die Beschwerde ab.
B. Mit Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten an das Bundesgericht vom 20. Mai 2011 beantragt X._, das Urteil des Bundesverwaltungsgerichts sei aufzuheben.
Das BFM und das Bundesverwaltungsgericht haben auf eine Vernehmlassung verzichtet.

Erwägungen:
1. 1.1 Das angefochtene Urteil, ein Endentscheid des Bundesverwaltungsgerichts (Art. 86 Abs. 1 lit. a, Art. 90 BGG), betrifft die Nichtigerklärung einer erleichterten Einbürgerung gestützt auf Art. 27 Abs. 1 des Bundesgesetzes vom 29. September 1952 über Erwerb und Verlust des Schweizer Bürgerrechts (BüG; SR 141.0), somit eine öffentlich-rechtliche Angelegenheit im Sinne von <ref-law>. Die Ausnahme der ordentlichen Einbürgerung gemäss <ref-law> erstreckt sich nicht auf die Nichtigerklärung der Einbürgerung. Der Beschwerdeführer hat sich am Verfahren vor der Vorinstanz beteiligt und ist beschwerdelegitimiert (<ref-law>). Auf die Beschwerde ist im Grundsatz einzutreten.
1.2 Nicht einzutreten ist jedoch auf die Kritik des Beschwerdeführers, es liege eine "willkürliche Beweiswürdigung vor, wenn die Vorinstanz sämtliche aufgelegten Zeugenbescheinigungen/Bestätigungen, dass die Eheleute Felder die Ehe trotz getrennten Wohnsitzen und unregelmässigen Arbeitszeiten und der Krankheit der Ehefrau als irrelevant abtut und de facto nicht berücksichtigt". Wird eine Verletzung des Willkürverbots geltend gemacht, muss anhand der angefochtenen Subsumtion im Einzelnen dargelegt werden, inwiefern der Entscheid an einem qualifizierten und offensichtlichen Mangel leidet (<ref-law>; <ref-ruling> E. 2.5 S. 314 mit Hinweisen). Diese Anforderung erfüllt die Rüge des Beschwerdeführers nicht.
2. 2.1 Der Beschwerdeführer macht geltend, die Voraussetzungen der Nichtigerklärung der erleichterten Einbürgerung nach <ref-law> seien nicht erfüllt. Die relevanten Tatsachen seien schon bei der Einbürgerung bekannt gewesen. Dass die Behörden nun zu einem anderen Schluss gelangten, sei willkürlich (<ref-law>). Nach <ref-law> seien es die Behörden, die dem Beschwerdeführer nachweisen müssten, dass er irgendetwas absichtlich verschwiegen oder falsche Angaben gemacht habe. Stattdessen habe die Vorinstanz im Ergebnis von ihm verlangt, einen Beweis über innere Vorgänge, insbesondere den Ehewillen, zu führen. Dies sei indessen unmöglich und stelle eine unzulässige Beweislastumkehr dar.
2.2 Gemäss <ref-law> kann ein Ausländer nach der Eheschliessung mit einem Schweizer Bürger ein Gesuch um erleichterte Einbürgerung stellen, wenn er insgesamt fünf Jahre in der Schweiz gewohnt hat, seit einem Jahr hier wohnt und seit drei Jahren in ehelicher Gemeinschaft mit dem Schweizer Bürger lebt. Das Bundesgericht geht davon aus, dass eine eheliche Gemeinschaft im Sinne von <ref-law> nicht nur das formelle Bestehen einer Ehe, sondern eine tatsächliche Lebensgemeinschaft voraussetzt. Eine solche Gemeinschaft kann nur bejaht werden, wenn der gemeinsame Wille zu einer stabilen ehelichen Gemeinschaft intakt ist. Gemäss konstanter Praxis muss sowohl im Zeitpunkt der Gesuchseinreichung als auch im Zeitpunkt des Einbürgerungsentscheids eine tatsächliche Lebensgemeinschaft bestehen, die Gewähr für die Stabilität der Ehe bietet. Zweifel bezüglich eines solchen Willens sind angebracht, wenn kurze Zeit nach der erleichterten Einbürgerung die Trennung erfolgt oder die Scheidung eingeleitet wird. Der Gesetzgeber wollte dem ausländischen Ehegatten einer Schweizer Bürgerin oder eines Schweizer Bürgers die erleichterte Einbürgerung ermöglichen, um die Einheit des Bürgerrechts der Ehegatten im Hinblick auf ihre gemeinsame Zukunft zu fördern.
Nach <ref-law> kann die Einbürgerung vom Bundesamt für Migration mit Zustimmung der Behörde des Heimatkantons nichtig erklärt werden, wenn sie durch falsche Angaben oder Verheimlichung erheblicher Tatsachen erschlichen worden ist. Das blosse Fehlen der Einbürgerungsvoraussetzungen genügt nicht. Die Nichtigerklärung der Einbürgerung setzt vielmehr voraus, dass diese "erschlichen", das heisst mit einem unlauteren und täuschenden Verhalten erwirkt worden ist. Arglist im Sinne des strafrechtlichen Betrugstatbestands ist nicht erforderlich. Immerhin ist notwendig, dass der Betroffene bewusst falsche Angaben macht bzw. die Behörde bewusst in einem falschen Glauben lässt und so den Vorwurf auf sich zieht, es unterlassen zu haben, die Behörde über eine erhebliche Tatsache zu informieren (<ref-ruling> E. 2 S. 164 f. mit Hinweisen).
2.3 In verfahrensrechtlicher Hinsicht richtet sich die erleichterte Einbürgerung nach den Bestimmungen des Bundesgesetzes vom 20. Dezember 1968 über das Verwaltungsverfahren (VwVG; SR 172.021). Danach gilt der Untersuchungsgrundsatz, wonach die Behörde den Sachverhalt von Amtes wegen festzustellen hat (<ref-law>). Bei der Nichtigerklärung einer erleichterten Einbürgerung ist deshalb von der Behörde zu untersuchen, ob die Ehe im massgeblichen Zeitpunkt der Gesuchseinreichung und der Einbürgerung tatsächlich gelebt wurde. Da es dabei im Wesentlichen um innere Vorgänge geht, die der Verwaltung oft nicht bekannt und schwierig zu beweisen sind, darf sie von bekannten Tatsachen (Vermutungsbasis) auf unbekannte (Vermutungsfolge) schliessen. Es handelt sich dabei um Wahrscheinlichkeitsfolgerungen, die aufgrund der Lebenserfahrung gezogen werden. Der Betroffene ist bei der Sachverhaltsabklärung mitwirkungspflichtig.
Die tatsächliche Vermutung betrifft die Beweiswürdigung. Da sie keine Umkehrung der Beweislast bewirkt, muss der Betroffene nicht den Beweis des Gegenteils erbringen. Vielmehr genügt der Nachweis von Zweifeln an der Richtigkeit der Indizien und der daraus gezogenen Schlussfolgerung. Die Beweislast dafür, dass eine eheliche Gemeinschaft im Sinne von <ref-law> im massgeblichen Zeitpunkt der Gesuchseinreichung und der Einbürgerung nicht oder nicht mehr besteht, liegt deshalb bei der Verwaltung.
Begründet die kurze Zeitspanne zwischen der erleichterten Einbürgerung einerseits und der Trennung oder Einleitung einer Scheidung andererseits die tatsächliche Vermutung, es habe schon bei der Einbürgerung keine stabile eheliche Gemeinschaft mehr bestanden, so muss der Betroffene somit nicht das Gegenteil beweisen. Es genügt, dass er einen oder mehrere Gründe angibt, die es plausibel erscheinen lassen, dass er im Zeitpunkt seiner Erklärung mit dem Schweizer Ehepartner in einer stabilen ehelichen Gemeinschaft lebte und dass er diesbezüglich nicht gelogen hat. Ein solcher Grund kann entweder ein ausserordentliches Ereignis sein, das zum raschen Zerfall des Willens zur ehelichen Gemeinschaft im Anschluss an die Einbürgerung führte, oder die betroffene Person kann darlegen, aus welchem Grund sie die Schwere der ehelichen Probleme nicht erkannte und im Zeitpunkt, als sie die Erklärung unterzeichnete, den wirklichen Willen hatte, mit dem Schweizer Ehepartner auch weiterhin in einer stabilen ehelichen Gemeinschaft zu leben (<ref-ruling> E. 3 S. 165 f. mit Hinweisen).
2.4 Der Beschwerdeführer wirft der Vorinstanz zu Unrecht vor, ausschliesslich auf Umstände abzustellen, welche bereits im Zeitpunkt der Einbürgerung bekannt waren. Das Bundesverwaltungsgericht legte dar, dass die nach der Einbürgerung erfolgte Entwicklung die gesamten Umstände in einem neuen Licht erscheinen lassen würden. Es nannte ausdrücklich das lediglich rund 20 Monate nach der erleichterten Einbürgerung gestellte Scheidungsbegehren und die Tatsache, dass bis dahin das Zusammenleben nicht wieder aufgenommen worden sei.
2.5 Das Bundesverwaltungsgericht führte weiter aus, gemäss den Akten habe die Nachtarbeit des Beschwerdeführers und die Krankheit der Ehefrau die eheliche Situation von Beginn an geprägt. Der Beschwerdeführer habe als Türsteher gearbeitet. Den Angaben seiner Frau zu Folge sei ihre Krankheit im Jahr 2000 ausgebrochen, wobei die Diagnose einer chronischen Hepatitis C erstmals 1990 gestellt worden sei. Das Bundesverwaltungsgericht hielt die Darstellung, dass die Probleme, welche mit der Trennung hätten ausgeräumt werden sollen, Anlass für das spätere Scheitern der Ehe waren, für nicht überzeugend. Der Beschwerdeführer vermittle den Eindruck, er habe 1999, selbst 25-jährig, im Bewusstsein der damit einhergehenden Probleme eine erheblich ältere, bereits seit vielen Jahren lebensbedrohlich erkrankte Frau geheiratet und sei den dann aufkommenden Schwierigkeiten zunächst durch Trennung, dann durch Scheidung aus dem Weg gegangen. Bezeichnenderweise habe er auch nicht geltend gemacht, dass nach der einmal vollzogenen Trennung jemals wieder die Absicht zur Wiederaufnahme der häuslichen Gemeinschaft bestanden habe. Seine Ausführungen stellten den insbesondere durch die Krankheit geprägten Eheverlauf als eine kontinuierliche Entwicklung dar, an deren Ende die Scheidung stand.
2.6 Die Vorinstanz hat kein Bundesrecht verletzt, indem sie davon ausging, dass die rund 20 Monate nach der erleichterten Einbürgerung eingereichte Scheidungskonvention den bisherigen Eheverlauf in einem anderen Licht erscheinen liess. Sie ist zu Recht von der Vermutung ausgegangen, der Beschwerdeführer habe im Zeitpunkt der Einbürgerung keinen intakten Ehewillen gehabt bzw. nicht auf das Fortbestehen einer stabilen ehelichen Gemeinschaft vertrauen dürfen.
In seiner diesbezüglichen Kritik beschränkt sich der Beschwerdeführer auf den Vorwurf, das Bundesverwaltungsgericht verlange im Resultat von ihm einen Beweis über innere Vorgänge, was gar nicht möglich sei. Wie aus den obigen Ausführungen hervorgeht, trifft dies nicht zu (vgl. E. 2.3 hiervor). Danach genügt, dass die betroffene Person einen oder mehrere Gründe angibt, die es als plausibel erscheinen lassen, dass sie im Zeitpunkt ihrer Erklärung mit dem Schweizer Ehepartner in einer stabilen ehelichen Gemeinschaft lebte und dass sie in dieser Hinsicht nicht gelogen hat. Solche äusseren Umstände vorzubringen, welche auf den Willen der betroffenen Person schliessen lassen, ist prinzipiell keineswegs unmöglich. Der Beschwerdeführer bringt im Verfahren vor Bundesgericht diesbezüglich jedoch nichts Konkretes vor. Er führt in allgemeiner Weise aus, dass das Scheitern einer Ehe in der heutigen Zeit kaum mehr etwas Aussergewöhnliches darstelle.
2.7 Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die Vorinstanz richtigerweise von der Vermutung ausging, der Beschwerdeführer habe im Zeitpunkt der Einbürgerung keinen intakten Ehewillen gehabt bzw. nicht auf das Fortbestehen einer stabilen ehelichen Gemeinschaft vertrauen dürfen. Dass Umstände vorliegen, welche diese Vermutung zu erschüttern vermöchten, ist nicht ersichtlich und wird vom Beschwerdeführer im bundesgerichtlichen Verfahren auch nicht geltend gemacht. Seine Rügen, es liege eine willkürliche Beweiswürdigung vor und man habe von ihm in Verletzung von <ref-law> einen nicht zu erbringenden Beweis verlangt, erweisen sich als unbegründet.
3. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Bei diesem Ausgang trägt der Beschwerdeführer die Gerichtskosten (<ref-law>). Er hat keinen Anspruch auf eine Parteientschädigung (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 2'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Es wird keine Parteientschädigung zugesprochen.
4. Dieses Urteil wird dem Beschwerdeführer, dem Bundesamt für Migration und dem Bundesverwaltungsgericht, Abteilung III, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 15. Juli 2011
Im Namen der I. öffentlich-rechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber:
Fonjallaz Dold