Faits:
A. Par jugement du 26 octobre 2009, le Tribunal de police de la République et Canton de Genève a acquitté X._ des chefs d'actes d'ordre sexuel avec des enfants (<ref-law>) et de violation du devoir d'assistance ou d'éducation (<ref-law>).
B. Sur appel du Ministère public, la Chambre pénale de la Cour de justice de la République et Canton de Genève a annulé ce jugement le 23 décembre 2010 et a déclaré X._ coupable d'infraction à l'<ref-law>. Elle l'a condamnée à une peine privative de liberté de neuf mois, avec sursis et délai d'épreuve de trois ans, et a ordonné un traitement ambulatoire psychiatrique et psychothérapeutique avec dépôt au Service d'application des peines et des mesures, tous les trois mois, d'un rapport sur le suivi du traitement ambulatoire. La cour cantonale s'est fondée sur les principaux éléments de fait suivants.
X._ s'était fait régulièrement sucer les seins jusqu'en décembre 2007 par son fils Y._, né le 22 septembre 2000, alors qu'elle-même caressait ce dernier sur tout le corps, et notamment le sexe.
C. X._ interjette un recours en matière pénale au Tribunal fédéral contre l'arrêt de la Chambre pénale du 23 décembre 2010. Elle conclut à l'annulation de celui-ci et à son acquittement, subsidiairement au renvoi de la cause à l'autorité cantonale pour nouvelle décision au sens des considérants.

Considérant en droit:
1. La recourante conteste d'abord la réalisation de la condition objective de l'infraction à l'<ref-law>, son comportement ne constituant pas un acte d'ordre sexuel au sens de cette disposition. Elle fait valoir qu'il s'agit d'un geste qui n'est ni objectivement connoté sexuellement, ni équivoque.
1.1 L'<ref-law> réprime le comportement de celui qui aura commis un acte d'ordre sexuel sur un enfant de moins de seize ans.
Cette disposition a pour but de permettre aux enfants un développement sexuel non perturbé. Elle protège le jeune en raison de son âge, de sorte qu'il est sans importance qu'il ait ou non consenti à l'acte. Définissant une infraction de mise en danger abstraite, elle n'exige pas que la victime ait été effectivement mise en danger ou perturbée dans son développement (Bernard Corboz, Les infractions en droit suisse, vol. I, 3ème éd., 2010, p. 785 n. 4 ad <ref-law>; Andreas Donatsch, Strafrecht III, 9ème éd., 2008, p. 458; Guido Jenny, Kommentar zum schweizerischen Strafgesetzbuch, Bes. Teil., vol. 4, 1997, p. 24, n. 6 ad <ref-law>).
Par acte d'ordre sexuel, il faut entendre une activité corporelle sur soi-même ou sur autrui qui tend à l'excitation ou à la jouissance sexuelle de l'un des participants au moins (Bernard Corboz, op. cit., p. 785 n. 6 ad <ref-law>; Andreas Donatsch, op. cit., p. 459). Selon la jurisprudence, il faut d'abord distinguer les actes n'ayant aucune apparence sexuelle, qui ne tombent pas sous le coup de la loi, des actes clairement connotés sexuellement du point de vue de l'observateur neutre, qui remplissent toujours la condition objective de l'infraction, indépendamment des mobiles de l'auteur ou de la signification que le comportement a pour celui-ci ou pour la victime (arrêt 6B_7/2011 du 15 février 2011 consid. 1.2; 6B_777/2009 du 25 mars 2010 consid. 4.3; 6S.355/2006 du 7 décembre 2006 consid. 3.1, non publié à l'<ref-ruling>). Dans les cas équivoques, qui n'apparaissent extérieurement ni neutres, ni clairement connotés sexuellement, il convient de tenir compte de l'ensemble des éléments d'espèce, notamment de l'âge de la victime ou de sa différence d'âge avec l'auteur, de la durée de l'acte et de son intensité, ainsi que du lieu choisi par l'auteur (<ref-ruling> consid. 3b p. 63). Il résulte de cette jurisprudence que la notion d'acte d'ordre sexuel doit être interprétée plus largement lorsque la victime est un enfant. Dans ce cas, il faut se demander si l'acte, qui doit revêtir un caractère sexuel indiscutable, est de nature à perturber l'enfant (Bernard Corboz, op. cit., p. 786 n. 7 ad <ref-law>).
Un baiser sur la bouche ou une tape sur les fesses sont des actes insignifiants qui ne sont pas des actes d'ordre sexuel. En revanche, un baiser lingual ou des baisers insistants sur la bouche revêtent indiscutablement un caractère sexuel (<ref-ruling> consid. 3b p. 63; arrêt 6B_7/2011 du 15 février 2011 consid. 1.4). Il en va de même d'une caresse insistante du sexe, des fesses ou des seins, même par-dessus les habits (Trechsel/Bertossa, Schweizerisches Strafgesetzbuch, Praxiskommentar, 2008, n. 6 ad <ref-law>). Lorsque la victime est un enfant, la pratique tend à admettre l'existence d'un acte d'ordre sexuel même pour des attouchements furtifs par-dessus les habits, qui entraîneraient plutôt, entre adultes, l'application de l'<ref-law> (Bernard Corboz, op. cit., p. 786 n. 7 ad <ref-law>).
1.2 Il est constant que la recourante a laissé régulièrement son fils lui téter les seins jusqu'en décembre 2007, l'enfant étant alors âgé de sept ans, et lui a prodigué en ces occasions des caresses sur tout le corps, y compris sur le sexe.
Selon la Dresse A._, qui a réalisé l'expertise psychiatrique de la recourante, le fait de se laisser sucer les seins par ses enfants s'apparente à un acte pédophile, même si le diagnostic de pédophilie ne peut être retenu en l'espèce. Selon l'experte, cet acte revêt néanmoins une connotation sexuelle, en tant que comportement érotisé et inadéquat, décrit par de nombreux auteurs comme un climat incestueux. Ce geste stimule en outre l'enclenchement d'un réflexe sexuel chez un enfant de sept ans. La Dresse B._, qui a pour sa part rendu une expertise familiale, a également déclaré que le comportement de la recourante a une connotation sexuelle. Des témoins ont certes expliqué que le cas de cette dernière n'est pas unique et que le fait, pour un enfant, de sucer le sein de sa mère alors même qu'elle n'a plus de lait, n'est pas nécessairement malsain et peut remplir un besoin affectif. Il ne s'agit toutefois que de considérations générales, qui ne permettent pas d'exclure que, si le geste de la recourante réconforte l'enfant, il perturbe néanmoins son développement sexuel. Les témoins ne précisent en outre pas jusqu'à quel âge ce geste serait admissible. Or, si chez un jeune enfant, le fait de sucer le sein de sa mère alors même qu'elle n'a plus de lait peut encore constituer, dans un premier temps, un réflexe naturel, le fils de la recourante a poursuivi cette pratique jusqu'à sept ans. A cet âge, ce geste a totalement perdu sa signification originelle, qui n'est dès lors plus susceptible d'expliquer ou justifier cet acte pour un observateur neutre. Un tel geste, entre une femme adulte et un garçonnet sans lien de parenté, qui vise une partie du corps qui n'est pas sexuellement neutre, ne serait nullement équivoque, mais clairement connoté sexuellement. Ainsi, dans la mesure où le geste litigieux ne remplit aucune fonction maternelle, il importe peu qu'il se déroule entre une mère et son fils, un tel lien ne permettant pas d'ôter son caractère sexuel à n'importe quel acte. De plus, en même temps que l'enfant suçait le sein de sa mère, celle-ci le caressait sur tout le corps, et notamment sur son sexe. Ces caresses renforcent encore la connotation sexuelle du geste de l'enfant et lui enlèvent tout caractère équivoque.
Il doit dès lors être admis, en définitive, que le fait, pour un enfant de sept ans, de sucer le sein de sa mère, pendant que celle-ci lui prodigue des caresses, y compris sur le sexe, même si elles ne sont pas spécifiquement dirigées sur celui-ci, a une connotation sexuelle claire pour un observateur neutre. Les mobiles de la recourante ou la signification que son comportement a pour elle n'importent dès lors pas. Il n'est en outre pas déterminant que l'initiative de lui sucer le sein revienne à son fils (cf. consid. 1.1).
Les actes reprochés à la recourante doivent donc être qualifiés d'actes d'ordre sexuel au sens de l'<ref-law> et l'élément objectif de l'infraction est réalisé.
2. La recourante soutient ensuite que la cour cantonale a admis à tort la réalisation de la condition subjective de l'infraction à l'<ref-law>. Elle conteste avoir agi par dol éventuel.
2.1 A ce propos, elle fait valoir, en premier lieu, une violation de son droit d'être entendue (art. 29 al. 2 Cst.) puisque la décision attaquée serait insuffisamment motivée sur ce point. Autant qu'il répond aux exigences accrues de motivation de l'<ref-law>, ce grief est infondé, l'argumentation du mémoire attestant que l'intéressée a saisi la portée de la décision entreprise et qu'elle a pu la déférer en toute connaissance de cause (cf. <ref-ruling> consid. 5.2 p. 236; <ref-ruling> consid. 2d p. 242).
2.2 La recourante invoque ensuite l'arbitraire dans l'établissement des faits et l'appréciation des preuves (art. 9 Cst.; sur la notion d'arbitraire, voir <ref-ruling> consid. 1.3 p. 4/5 et les arrêts cités) qui ont amené la cour cantonale à admettre la réalisation de l'élément subjectif de l'infraction, ainsi que la violation du principe de la présomption d'innocence (art. 32 al. 1 Cst., 6 par. 2 CEDH et 14 par. 2 Pacte ONU II). Ces griefs, tels qu'ils sont motivés, n'ont cependant pas de portée distincte (cf. <ref-ruling> consid. 2a p. 41).
2.2.1 D'un point de vue subjectif, l'auteur d'un acte d'ordre sexuel doit agir intentionnellement, l'intention devant porter sur le caractère sexuel de l'acte, sur le fait que la victime est âgée de moins de seize ans et sur la différence d'âge de trois ans selon l'<ref-law>; le dol éventuel suffit (arrêt 6B_457/2010 du 8 septembre 2010 consid. 1.2.1). Agit intentionnellement quiconque commet un crime ou un délit avec conscience et volonté (art. 12 al. 2, 1ère phrase CP). Il y a en revanche dol éventuel lorsque l'auteur tient pour possible la réalisation de l'infraction et l'accepte au cas où celle-ci se produirait (art. 12 al. 2, 2ème phrase CP; sur la notion de dol éventuel, voir également <ref-ruling> consid. 2.3.2 p. 156 et les arrêts cités). Pour admettre qu'un auteur a agi intentionnellement, il n'est pas nécessaire qu'il comprenne les éléments constitutifs de l'infraction dans leur sens juridique exact. Il suffit qu'il ait une appréciation pertinente de leur signification sociale et qu'il se soit représenté l'état de fait conformément aux conceptions usuelles d'un profane (Parallelwertung in der Laiensphäre; <ref-ruling> consid. 3.2.2 p. 243). En outre, les motifs de l'auteur ne sont pas déterminants, et ainsi peu importe que l'acte reproché ne tende pas à l'excitation ou à la jouissance sexuelle de l'auteur ou soit dicté par un sentiment de tendresse (Andreas Donatsch, op. cit., p. 464).
Déterminer ce qu'une personne a su, envisagé, voulu ou accepté relève du contenu de la pensée, à savoir de faits "internes", qui, en tant que faits (<ref-ruling> consid. 2.3.2 p. 156), lient la Cour de droit pénal (<ref-law>), à moins qu'ils n'aient été établis de façon arbitraire. En revanche, la question de savoir si les éléments extérieurs retenus en tant que révélateurs du contenu de la conscience et de la volonté autorisent à admettre que l'auteur a agi par dol éventuel relève du droit (<ref-ruling> consid. 2.3.2 p. 156; <ref-ruling> consid. 3c p. 252). Ainsi, lorsque l'autorité cantonale a déduit l'élément subjectif du dol éventuel sur la base d'éléments extérieurs, faute d'aveux de l'auteur, les questions de fait et de droit interfèrent sur certains points (cf. arrêt 6P.2/2005 du 11 février 2005 consid. 7.3.1). Les griefs soulevés par la recourante d'arbitraire et de violation du droit fédéral en relation avec la notion de dol éventuel se recoupent d'ailleurs en grande partie de sorte qu'il convient de les traiter ensemble.
2.2.2 Selon la cour cantonale, la recourante avait conscience du caractère sexuel de ses actes. Elle se rendait compte que son fils n'était plus en âge de téter, que cette pratique perdurait trop et que vu de l'extérieur, elle avait reconnu que ce comportement pouvait paraître inadéquat. La Dresse A._ avait confirmé qu'elle était consciente que son comportement n'était pas accepté par la société et n'était pas conforme à la loi. De plus, de par sa formation de puéricultrice, elle possédait une connaissance approfondie du comportement et du développement de l'enfant. Elle était donc à même de se rendre compte que le comportement qu'elle adoptait avec son fils mineur n'était pas adéquat. Elle ne l'avait toutefois pas dissuadé de venir lui sucer les seins et avait continué à lui prodiguer des caresses sur le sexe notamment. Elle avait ainsi agi par dol éventuel.
2.2.3 La recourante soutient qu'il n'était pas possible de déduire du fait que son comportement pouvait paraître inadéquat qu'elle était consciente de son caractère sexuel, nombre de comportements n'étant pas appropriés sans pour autant avoir une telle connotation. L'inadéquation des actes de la mère de l'enfant ne peut toutefois découler, en l'espèce, eu égard à leur nature, que de leur connotation sexuelle. L'intéressée n'explique d'ailleurs pas pour quel autre motif son comportement pourrait être inapproprié. Selon ses propres déclarations, qu'elle cite d'ailleurs aux termes de son recours, "sucer a une connotation sexuelle" pour elle (cf. recours p. 27). Il ressort également des constatations cantonales (<ref-law>) qu'elle a admis que ses actes pouvaient avoir une connotation sexuelle pour des tiers. L'autorité précédente pouvait dès lors admettre qu'elle était consciente du caractère sexuel de ses actes.
La recourante fait valoir en outre qu'elle avait tout au plus conscience que son comportement était inadéquat d'un point de vue social, mais pas qu'elle enfreignait la loi, contrairement à ce que les juges cantonaux avaient arbitrairement retenu. Il convient toutefois de relever que selon les déclarations de l'intéressée à la police, reprises dans l'expertise, elle savait que son comportement n'était pas clair "par rapport à la loi" (cf. recours p. 7, avec référence aux pièces 62-63 de la procédure cantonale). Les constatations de l'autorité précédente sur ce point ne sont donc nullement insoutenables. En tout état, conformément aux principes rappelés ci-dessus (cf. consid. 2.2.1), il n'était pas nécessaire que la recourante comprenne les éléments constitutifs de l'infraction dans leur sens juridique exact pour considérer qu'elle a agi par dol éventuel, mais uniquement qu'elle ait une appréciation pertinente de leur signification sociale. Sa seule conscience du fait que son comportement était socialement inadéquat suffit donc déjà pour admettre qu'elle a agi par dol éventuel.
Enfin, la cour cantonale a dûment constaté que la recourante a expliqué avoir commis les actes qui lui sont reprochés dans le but de réconforter son fils et que des témoins ont fait des déclarations allant dans le même sens. Le grief de la recourante selon lequel ces éléments auraient été arbitrairement écartés sans même qu'il en soit fait état est donc infondé. Quoi qu'il en soit, les motivations de l'intéressée ne sont pas pertinentes dans le cadre de l'examen de la réalisation de la condition subjective de l'<ref-law> (cf. consid. 2.2.1).
Il apparaît ainsi, en définitive, que la recourante était consciente du caractère sexuel de ses actes. Elle n'a néanmoins pas renoncé à agir, même si elle ne souhaitait pas commettre un acte d'ordre sexuel, dont elle s'est cependant accommodée. Il n'était dès lors pas contraire au droit fédéral de considérer qu'elle a agi par dol éventuel.
2.2.4 Enfin, la recourante indique également "rappeler" la teneur de l'<ref-law>, sans toutefois développer d'argumentation spécifique en relation avec cette disposition, comme l'exige pourtant l'<ref-law>. Il peut toutefois être relevé qu'elle ne pouvait pas se croire en droit d'agir puisqu'elle avait conscience du caractère sexuel de ses actes (cf. arrêt 6P.2/2005 du 11 février 2005 consid. 7.3.2). Elle ne se trouvait donc pas en état d'erreur sur l'illicéité de ses actes. Le grief est ainsi rejeté dans la mesure de sa recevabilité.
2.3 En définitive, il doit être considéré que la cour cantonale n'a pas violé le droit fédéral en admettant la réalisation de l'élément subjectif de l'infraction.
3. Au vu de ce qui précède, le recours doit être rejeté dans la mesure où il est recevable. La recourante, qui succombe, supporte les frais de justice (<ref-law>).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté dans la mesure où il est recevable.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 4'000 francs, sont mis à la charge de la recourante.
3. Le présent arrêt est communiqué aux parties et à la Cour de justice du canton de Genève, Chambre pénale.
Lausanne, le 6 juin 2011
Au nom de la Cour de droit pénal
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Le Greffier:
Mathys Rieben