Sachverhalt:
A. Das Obergericht des Kantons Zürich sprach in Bestätigung des erstinstanzlichen Entscheids X._ mit Urteil vom 30. April 2010 der versuchten Freiheitsberaubung und Entführung schuldig. Es stellte überdies die Rechtskraft der erstinstanzlichen Schuldsprüche (betreffend Vergewaltigung, Freiheitsberaubung und Entführung sowie Pornografie), des erstinstanzlichen Freispruchs (betreffend sexuelle Handlungen mit Kindern) und der Anordnung einer ambulanten Massnahme ohne Strafaufschub fest. Es verurteilte ihn unter Anrechnung der Untersuchungs- und Sicherheitshaft sowie des vorzeitigen Strafvollzugs von 743 Tagen zu einer Freiheitsstrafe von viereinhalb Jahren (der erstinstanzliche Entscheid lautete auf eine Freiheitsstrafe von sechseinhalb Jahren).
B. Gegen dieses Urteil erhebt X._ Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt, das Urteil des Obergerichts des Kantons Zürich vom 30. April 2010 sei aufzuheben, und er sei vom Vorwurf der versuchten Freiheitsberaubung im Sinne von Art. 183 Ziff. 1 Abs. 1 i.V.m. <ref-law> freizusprechen. Die ausgesprochene Strafe sei angemessen, jedoch mindestens um ein Jahr zu reduzieren. Eventualiter sei die Sache zu neuer Entscheidung an die Vorinstanz zurückzuweisen.
C. Die Vorinstanz sowie die Oberstaatsanwaltschaft des Kantons Zürich verzichten auf eine Vernehmlassung.

Erwägungen:
1. Die Vorinstanz geht von folgendem Sachverhalt aus:
Der Beschwerdeführer fuhr am 14. Mai 2007 um die Mittagszeit nach Steckborn, hielt sein Fahrzeug am Strassenrand an, stieg aus und fragte die von der Schule heimkehrende A._ (geboren am B._. C._ 1999) nach dem Weg zum Schulhaus. Er bat sie, ihn in seinem Auto zum Schulhaus zu begleiten. Das Mädchen gab ihm jedoch zu erkennen, dass sie nicht mit ihm mitgehen wolle, worauf er sie unter den Armen am Oberkörper umfasste, mit der Absicht, sie in sein Auto zu heben und mit ihr wegzufahren. Die Beifahrertür seines Fahrzeuges stand zu diesem Zweck bereits offen. Während er sie festhielt, rief ihm jedoch eine Anwohnerin zu, was er mache, ob dies sein Kind sei, was er verneinte. Darauf meinte diese, sie rufe die Polizei, woraufhin der Beschwerdeführer das Mädchen losliess, das vordere Nummernschild von seinem Auto entfernte und schnell davonfuhr.
2. 2.1 Der Beschwerdeführer rügt eine Verletzung von Bundes- und Völkerrecht. Insbesondere verletze der angefochtene Entscheid Art. 9, Art. 29 und Art. 32 BV sowie Art. 6 EMRK.
2.2 Das Bundesgericht wendet das Recht von Amtes wegen an (<ref-law>). Hinsichtlich der Verletzung von Grundrechten gilt eine qualifizierte Rügepflicht. Das Bundesgericht prüft gemäss <ref-law> eine solche Rüge nur insofern, als sie in der Beschwerde präzise vorgebracht und begründet worden ist (<ref-ruling> E. 1.4.1 mit Hinweisen).
3. 3.1 Der Beschwerdeführer bringt zunächst vor, die Vorinstanz verletze das rechtliche Gehör im Sinne von <ref-law>, indem sie ihrer Begründungspflicht nicht nachkomme. So verweise sie grösstenteils auf die Ausführungen der ersten Instanz und greife die sich neu aufdrängenden Probleme - beispielsweise den fehlenden Vorsatz - nicht ausreichend auf.
3. 3.1 Der Beschwerdeführer bringt zunächst vor, die Vorinstanz verletze das rechtliche Gehör im Sinne von <ref-law>, indem sie ihrer Begründungspflicht nicht nachkomme. So verweise sie grösstenteils auf die Ausführungen der ersten Instanz und greife die sich neu aufdrängenden Probleme - beispielsweise den fehlenden Vorsatz - nicht ausreichend auf.
3.2 3.2.1 Aus dem Anspruch auf rechtliches Gehör (<ref-law>) folgt unter anderem die grundsätzliche Pflicht der Behörden, ihren Entscheid zu begründen. Die Begründung muss so abgefasst sein, dass der Betroffene den Entscheid gegebenenfalls sachgerecht anfechten kann. Sie muss kurz die wesentlichen Überlegungen nennen, von denen sich das Gericht hat leiten lassen und auf die sich sein Entscheid stützt (<ref-ruling> E. 4.1 mit Hinweisen).
3.2.2 Die Vorinstanz erläutert, weshalb sie der Sachverhaltsfeststellung der ersten Instanz folgt. Zu den wesentlichen Einwänden des Beschwerdeführers nimmt sie Stellung, insbesondere, weshalb dieser ihrer Ansicht nach in der Absicht handelte, das Mädchen gegen dessen Willen in sein Auto zu heben und mit ihm wegzufahren. Die Begründungspflicht wird nicht dadurch verletzt, dass die Vorinstanz ausdrücklich auf die Begründung der ersten Instanz verweist und diese zu ihrer eigenen macht. Eine Verletzung des rechtlichen Gehörs liegt nicht vor.
4. 4.1 Der Beschwerdeführer macht sodann geltend, die Vorinstanz sei zu Unrecht davon ausgegangen, er habe beabsichtigt, dem Mädchen die Freiheit zu entziehen. Es stimme zwar, dass er es gebeten habe, ihn zu begleiten. Aber er habe nicht vorgehabt, es gegen seinen Willen ins Auto zu setzen, um mit ihm wegzufahren. Dass er das Mädchen berührt habe, sei nur als "Distanzlosigkeit" seinerseits zu werten. Es habe zudem nicht festgestellt werden können, ob er das Mädchen bereits zum Zeitpunkt losgelassen habe, als es "nein" gesagt habe oder erst, als die Anwohnerin ihn angesprochen habe. Er wisse denn auch nicht, welchen Sinn es gehabt hätte, das Mädchen gegen dessen Willen mit dem Auto mitzunehmen. Es sei ja rechtskräftig festgestellt worden, dass er keine sexuellen Absichten gehegt habe.
4.2 Die Vorinstanz verweist betreffend Sachverhaltserstellung grösstenteils auf die Erwägungen der ersten Instanz. Das Bezirksgericht Zürich habe in seinem Urteil vom 26. Juni 2009 die Aussagen des Beschwerdeführers, des Mädchens sowie der Anwohnerin ausführlich gewürdigt. Dabei kam es zum Schluss, dass die Aussagen des Mädchens sowie der Anwohnerin glaubhaft seien. Zum einen seien sie widerspruchsfrei, zum anderen seien beide in ihren Ausführungen sehr vorsichtig gewesen. So hätten sie zugegeben, etwas nicht mehr zu wissen oder nicht gesehen zu haben und hätten teilweise auch zu Gunsten des Beschwerdeführers ausgesagt. Beide hätten angegeben, dieser habe dem Mädchen unter die Arme gegriffen, um es ins Auto zu heben, als sich die Anwohnerin eingemischt habe. Zu diesem Zeitpunkt habe er das Mädchen jedoch noch nicht hochgehoben gehabt. Aufgrund der Intervention der Anwohnerin habe er dann das Mädchen losgelassen und sei davongefahren. Die Aussagen des Beschwerdeführers seien hingegen nicht überzeugend. So habe dieser zu Beginn der Untersuchung den Sachverhalt anders geschildert und gewisse Sachverhaltselemente - beispielweise, dass er das Mädchen berührt habe - erst eingestanden, als er mit den Ausführungen der anderen Personen konfrontiert worden sei. Sodann würden seine Aussagen eine auffallende Unsicherheit und Unbestimmtheit aufweisen und seien beschönigend und lebensfremd. So habe er zugegeben, dass er wohl ein sexuell betontes Verlangen gehabt habe, das Mädchen zu berühren, jedoch nicht im Sinne einer intimen Berührung. Oder er habe ausgesagt, er gehe davon aus, dass das Mädchen aufgrund der Rufe der Anwohnerin erschrocken sei und nicht wegen seiner Annäherung. In Anbetracht dieses Aussageverhaltens gelangt das Bezirksgericht zur Auffassung, es sei auf die Ausführungen des Mädchens sowie der Anwohnerin abzustellen. Daraus gehe hervor, dass sich der Beschwerdeführer nach allen Seiten umgeschaut habe, bevor er das Mädchen berührt habe. Nachdem ihn die Anwohnerin angesprochen habe, habe er zunächst das vordere Nummernschild an seinem Fahrzeug abgenommen - dies habe er denn auch zugegeben - und sei sehr schnell davongefahren.
Die Vorinstanz zieht sodann aus der erstinstanzlichen Beweiswürdigung den Schluss, das Verhalten des Beschwerdeführers sei nur dahingehend zu deuten, dass er mit dem Mädchen habe wegfahren wollen. Eine andere Interpretation mache keinen Sinn. So habe er auch selber eingeräumt, er habe das Mädchen mitnehmen wollen und hätte sich gefreut, wenn es ihn begleitet und mit ihm geplaudert hätte. Zudem sei nicht zu bezweifeln, dass das Mädchen nie ins Auto habe steigen wollen und ihm dies auch deutlich zu erkennen gegeben habe, was ihm habe bewusst sein müssen.
Die Vorinstanz zieht sodann aus der erstinstanzlichen Beweiswürdigung den Schluss, das Verhalten des Beschwerdeführers sei nur dahingehend zu deuten, dass er mit dem Mädchen habe wegfahren wollen. Eine andere Interpretation mache keinen Sinn. So habe er auch selber eingeräumt, er habe das Mädchen mitnehmen wollen und hätte sich gefreut, wenn es ihn begleitet und mit ihm geplaudert hätte. Zudem sei nicht zu bezweifeln, dass das Mädchen nie ins Auto habe steigen wollen und ihm dies auch deutlich zu erkennen gegeben habe, was ihm habe bewusst sein müssen.
4.3 4.3.1 Die Sachverhaltsfeststellung kann nur gerügt werden, wenn sie willkürlich (<ref-law>) ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von <ref-law> beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (vgl. <ref-law>; <ref-ruling> E. 1.4.1 mit Hinweis). Die Rüge der Willkür muss in der Beschwerdeschrift anhand des angefochtenen Entscheids präzise vorgebracht und begründet werden, ansonsten darauf nicht eingetreten wird (<ref-law>; <ref-ruling> E. 2.2 mit Hinweisen).
4.3.2 Aus der in <ref-law> und Art. 6 Ziff. 2 EMRK verankerten Unschuldsvermutung wird der Grundsatz "in dubio pro reo" abgeleitet. Dieser besagt als Beweiswürdigungsregel, dass sich der Richter nicht von einem Sachverhalt überzeugt erklären darf, wenn bei objektiver Betrachtung erhebliche und unüberwindliche Zweifel bestehen, ob sich der Sachverhalt so verwirklicht hat. Inwiefern dieser Grundsatz verletzt sein soll, prüft das Bundesgericht nur unter dem Gesichtspunkt der Willkür, das heisst, es greift nur ein, wenn das Sachgericht die beschuldigte Person verurteilte, obgleich bei objektiver Würdigung des Beweisergebnisses offensichtlich erhebliche beziehungsweise schlechterdings nicht zu unterdrückende Zweifel an deren Schuld fortbestehen. Bloss abstrakte und theoretische Zweifel sind nicht massgebend, weil solche immer möglich sind und absolute Gewissheit nicht verlangt werden kann (<ref-ruling> E. 2a mit Hinweisen).
4.3.3 Was der Beschwerdeführer gegen die Sachverhaltserstellung der Vorinstanz vorbringt, vermag keine Willkür darzutun. Die Beweiswürdigung ist schlüssig, und es wird ausführlich erläutert, welche Aussagen glaubhaft sind. Die Schlussfolgerung, sein Verhalten sei nur nachvollziehbar, wenn man davon ausgehe, dass er beabsichtigt habe, das Mädchen gegen dessen Willen mit sich mitzunehmen, ist überzeugend. Es ist nicht ersichtlich, aus welchem anderen Grund er sich nach allen Seiten umgesehen hatte, bevor er dem Mädchen unter die Arme fasste, die Beifahrertür bereits offen stand und er, als die Anwohnerin intervenierte, sogleich von ihm abliess, sein Nummernschild entfernte und schnell davonfuhr. Aus welcher Motivation er beabsichtigte, das Mädchen mitzunehmen, ist nicht relevant. Sein Einwand, es habe für ihn gar keinen Sinn gemacht, diesem die Freiheit zu entziehen, da rechtskräftig entschieden worden sei, dass er keine sexuellen Motive gehabt habe, geht fehl. Die Vorinstanz behauptet denn auch nicht, er habe aus diesem Grunde gehandelt. Aus dem Freispruch bezüglich sexueller Handlung mit Kind kann nicht zu seinen Gunsten abgeleitet werden, er habe nicht versucht, das Mädchen gegen dessen Willen im Auto mitzunehmen.
Der Beschwerdeführer setzt sich grösstenteils nicht mit den Erwägungen der Vorinstanz auseinander und beschränkt seine Vorbringen auf Behauptungen. Es genügt nicht, dass er aufzeigt, wie sich der Sachverhalt auch hätte abspielen können. Somit übt er überwiegend appellatorische Kritik am vorinstanzlichen Entscheid. Indem er nicht aufzuzeigen vermag, inwiefern die Sachverhaltsfeststellung durch die Vorinstanz offensichtlich unrichtig ist, kommt er der qualifizierten Rügepflicht nicht nach. Auf die entsprechenden Vorbringen ist nicht einzutreten.
Aufgrund der durch die Vorinstanz dargelegten Beweislage bestehen keine erheblichen und unüberwindbaren Zweifel daran, dass der Beschwerdeführer in der Absicht gehandelt hat, das Mädchen in sein Auto zu heben, um in der Folge mit ihm wegzufahren. Eine Verletzung des Grundsatzes "in dubio pro reo" zeigt der Beschwerdeführer nicht auf und ist nicht ersichtlich.
5. 5.1 Weiter rügt der Beschwerdeführer, sein Verhalten erfülle den Tatbestand der versuchten Freiheitsberaubung im Sinne von Art. 183 Ziff. 1 Abs. 1 i.V.m. <ref-law> nicht. So müsse eine Freiheitsberaubung eine gewisse Erheblichkeit aufweisen, kurzes Festhalten reiche nicht aus. Zudem sei vorliegend nicht einmal von einem Festhalten, sondern vielmehr von einer kurzen Berührung auszugehen. Auch habe er die Schwelle zum Delikt nicht überschritten.
5.2 Gemäss vorinstanzlichen Erwägungen soll mit dem Straftatbestand der Freiheitsberaubung die Bewegungsfreiheit eines Menschen geschützt werden. Wer ein Kind auf dem Schulweg anhalte, es gegen seinen ersichtlichen Willen in ein Auto schaffe und mit ihm wegfahre, beeinträchtige vorsätzlich in erheblicher Weise die Bewegungsfreiheit des Kindes. Auch eine Fahrt von wenigen Augenblicken und über kurze Distanz könne in solchen Fällen nicht als straflose Bagatelle beurteilt werden. Ein solcher Vorgang könne beim Kind Angst hervorrufen und als bedrohlicher Eingriff in seine persönlichen Rechte wahrgenommen werden. Dies müsse einem einigermassen vernünftigen Erwachsenen bewusst sein. Es sei zwar bei einem kurzen Festhalten geblieben. Jedoch habe der Beschwerdeführer durch das Festhalten neben offener Beifahrertür und die Absicht, das Mädchen mitzunehmen, die Schwelle zur Tatausführung überschritten.
5.2 Gemäss vorinstanzlichen Erwägungen soll mit dem Straftatbestand der Freiheitsberaubung die Bewegungsfreiheit eines Menschen geschützt werden. Wer ein Kind auf dem Schulweg anhalte, es gegen seinen ersichtlichen Willen in ein Auto schaffe und mit ihm wegfahre, beeinträchtige vorsätzlich in erheblicher Weise die Bewegungsfreiheit des Kindes. Auch eine Fahrt von wenigen Augenblicken und über kurze Distanz könne in solchen Fällen nicht als straflose Bagatelle beurteilt werden. Ein solcher Vorgang könne beim Kind Angst hervorrufen und als bedrohlicher Eingriff in seine persönlichen Rechte wahrgenommen werden. Dies müsse einem einigermassen vernünftigen Erwachsenen bewusst sein. Es sei zwar bei einem kurzen Festhalten geblieben. Jedoch habe der Beschwerdeführer durch das Festhalten neben offener Beifahrertür und die Absicht, das Mädchen mitzunehmen, die Schwelle zur Tatausführung überschritten.
5.3 5.3.1 Stehen gleichzeitig mehrere Straftaten zur Beurteilung, die teilweise unter altem, teilweise unter neuem Recht begangen wurden, ist eine getrennte Beurteilung vorzunehmen (<ref-ruling> E. 6.2.3 mit Hinweisen). Die Vergewaltigung hat der Beschwerdeführer vor Inkrafttreten des revidierten Allgemeinen Teils des Strafgesetzbuches vorgenommen, die versuchte Freiheitsberaubung erfolgte am 14. Mai 2007, also nach Inkrafttreten der neuen allgemeinen Bestimmungen. Somit ist nach <ref-law> das neue Recht anwendbar.
5.3.2 Gemäss <ref-law> wird mit Freiheitsstrafe bis zu fünf Jahren oder Geldstrafe bestraft, wer jemanden unrechtmässig festnimmt oder gefangen hält oder jemandem in anderer Weise unrechtmässig die Freiheit entzieht.
Führt der Täter, nachdem er mit der Ausführung eines Verbrechens oder Vergehens begonnen hat, die strafbare Tätigkeit nicht zu Ende oder tritt der zur Vollendung der Tat gehörende Erfolg nicht ein oder kann dieser nicht eintreten, so kann das Gericht die Strafe mildern (<ref-law>).
5.3.3 Freiheitsberaubung ist die Aufhebung der körperlichen Bewegungsfreiheit, die auch in einem erzwungenen Transport von wenigen Minuten liegen kann (Urteil 6B_430/2007 vom 17. März 2008 E. 5.3 mit Hinweis). Massgebliches Kriterium ist neben der Dauer auch die Intensität der Freiheitsberaubung (vgl. Delnon/Rüdy, in: Basler Kommentar, Strafrecht II, 2. Aufl. 2007, N. 24 zu <ref-law>). Im vorliegenden Fall kann nach den zutreffenden Erwägungen der Vorinstanz auch eine nur kurze Fahrt mit dem Auto gegen den Willen des Mädchens dieses aufgrund seines jungen Alters stark verängstigen. Eine solche Handlung ist geeignet, das Sicherheitsgefühl eines Kindes nachhaltig zu beeinträchtigen. Der Beschwerdeführer verkennt, dass die Vorinstanz nicht das kurze Festhalten des Mädchens als Tatbestandsverwirklichung würdigt, sondern erst das beabsichtigte Davonfahren gegen dessen Willen.
Gemäss ständiger bundesgerichtlicher Rechtsprechung beginnt die Ausführung der Tat im Sinne von <ref-law> mit der Tätigkeit, die nach dem Plan des Täters auf dem Weg zur Tatbestandsverwirklichung den letzten entscheidenden Schritt darstellt, von dem es in der Regel kein Zurück mehr gibt, es sei denn wegen äusserer Umstände, die eine Weiterverfolgung der Absicht erschweren oder verunmöglichen. Diese Formulierung bringt zum Ausdruck, dass sich der Beginn des Versuchs nur über eine Kombination objektiver und subjektiver Gesichtspunkte bestimmen lässt. Der Einbezug der Vorstellung des Täters von der Tat ist daher für die Bestimmung des Versuchs genauso unabdingbar wie die Berücksichtigung objektiver Kriterien für die Entscheidung der Frage, mit welcher Tätigkeit der Täter nach seinem Tatplan bereits zur Verwirklichung des Tatbestands unmittelbar ansetzt. Sowohl in örtlicher als auch in zeitlicher Hinsicht ist tatnahes Handeln erforderlich (<ref-ruling> E. 7.2.1 mit Hinweisen).
Wie die Vorinstanz in ihrer Beweiswürdigung willkürfrei feststellt, handelte der Beschwerdeführer in der Absicht, das Mädchen gegen dessen Willen in sein Auto zu heben und mit ihm fortzufahren. Somit wies er einen Handlungswillen auf, der auf die Verwirklichung des tatbestandsmässigen Sachverhalts gerichtet war.
Indem der Beschwerdeführer die Beifahrertür im Voraus geöffnet hatte, das Mädchen ansprach, es zum Einsteigen aufforderte, sich nach allen Seiten umsah und es schliesslich unter den Armen festhielt, begann er mit der Tatausführung und überschritt die Schwelle zum strafbaren Versuch. Dass er es nicht ins Auto hob und mit ihm davonfuhr, war alleine der Intervention der Anwohnerin zu verdanken. Die Tat hätte ohne deren Eingreifen ohne Weiteres ihren Fortgang nehmen können. Daraus ergibt sich die unmittelbare räumliche und zeitliche Nähe seines Handelns zur eigentlichen Tatbegehung.
Der Entscheid der Vorinstanz erweist sich als bundesrechtskonform.
6. Soweit sich der Beschwerdeführer zur Strafzumessung äussert, tut er dies nur im Hinblick auf den von ihm beantragten Freispruch wegen versuchter Freiheitsberaubung. Dass die ausgefällte Freiheitsstrafe von viereinhalb Jahren im Falle der Bestätigung des Schuldspruchs wegen versuchter Freiheitsberaubung bundesrechtswidrig sei, macht er nicht geltend.
7. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Bei diesem Ausgang des Verfahrens sind die bundesgerichtlichen Kosten dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 4'000.-- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, II. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 15. September 2010
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Die Gerichtsschreiberin:
Favre Horber