Sachverhalt:
A. Der 1960 geborene H._ war als Plattenleger der W._ GmbH bei der Schweizerischen Unfallversicherungsanstalt (SUVA) obligatorisch gegen die Folgen von Berufs- und Nichtberufsunfällen versichert. Am 22. Mai 2002 fuhr ein Fahrzeug auf den von ihm gelenkten, stehenden Personenwagen auf. Die Ärzte am Spital A._ diagnostizierten ein mässiges HWS-Distorsionstrauma. Die SUVA richtete Taggelder aus und gewährte Heilbehandlung. Am 17. Juni 2002 nahm H._ seine Arbeit wieder vollständig auf und seit dem 9. Februar 2003 fanden diesbezüglich keine hausärztlichen Kontrollen mehr statt (Notiz des Dr. med. B._, Arzt für Allgemeine Medizin FMH vom 1. Juni 2003).
Am 25. Februar 2006 erlitt H._, der seit 5. Januar 2004 als Plattenleger bei der Firma X._ AG tätig gewesen war, eine zweite Auffahrkollision, bei welcher er sich erneut eine HWS-Distorsion zuzog, die gleichentags am Spital Y._ ambulant versorgt wurde. Als zuständiger Unfallversicherer erbrachte die SUVA wiederum die gesetzlichen Leistungen (Taggeld, Heilbehandlung). Mit Verfügung vom 13. Mai 2008 eröffnete sie dem Versicherten, sie stelle die Versicherungsleistungen mit sofortiger Wirkung ein, da keine adäquat kausalen Unfallfolgen mehr gegeben seien, woran sie mit Einspracheentscheid vom 1. Oktober 2008 festhielt.
B. Die hiegegen erhobene Beschwerde wies das Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich mit Entscheid vom 21. Mai 2010 ab.
C. Mit Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten lässt H._ beantragen, die SUVA sei in Aufhebung des vorinstanzlichen Entscheids und des Einspracheentscheids zu verpflichten, ihm auch nach dem 13. Mai 2008 die gesetzlichen Leistungen zu erbringen. Eventualiter seien weitere medizinische Abklärungen vorzunehmen und auch die Dauerleistungen festzusetzen. Subeventualiter sei die Sache an die Vorinstanz respektive an die SUVA zurückzuweisen.

Erwägungen:
1. 1.1 Die Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten kann wegen Rechtsverletzungen gemäss Art. 95 und 96 BGG erhoben werden. Das Bundesgericht wendet das Recht von Amtes wegen an (<ref-law>). Es ist folglich weder an die in der Beschwerde geltend gemachten Argumente noch an die Erwägungen der Vorinstanz gebunden; es kann eine Beschwerde aus einem anderen als dem angerufenen Grund gutheissen und es kann eine Beschwerde mit einer von der Argumentation der Vorinstanz abweichenden Begründung abweisen (vgl. <ref-ruling> E. 2.5 S. 262; <ref-ruling> E. 1.4 S. 140). Im Beschwerdeverfahren um die Zusprechung oder Verweigerung von Geldleistungen der Militär- oder Unfallversicherung ist das Bundesgericht nicht an die vorinstanzliche Feststellung des rechtserheblichen Sachverhalts gebunden (Art. 97 Abs. 2 und <ref-law>).
1.2 Der Beschwerdeführer reichte letztinstanzlich neu Berichte der Frau Dr. med. R._, Spezialärztin FMH für Psychiatrie und Psychotherapie, vom 11. August 2010 und des Dr. med. E._, Facharzt FMH für Neurologie, Computer-Tomographie, vom 20. August 2010 als Beweismittel ein. Neue Tatsachen und Beweismittel dürfen indessen im bundesgerichtlichen Beschwerdeverfahren - auch im Rahmen von <ref-law> (vgl. E. 1.1 hievor) - nur so weit vorgebracht werden, als erst der Entscheid der Vorinstanz dazu Anlass gibt (<ref-law>; <ref-ruling> E. 2 f. S. 196 ff.). Letzteres ist von der ein Novum einbringenden Partei näher darzulegen (Urteil 8C_684/2009 vom 23. April 2010 E. 2 mit Hinweisen), was der Beschwerdeführer jedoch nicht getan hat. Die neu beigebrachten Akten sind schon aus diesem Grund als Beweismittel unzulässig und müssen daher vor Bundesgericht unbeachtet bleiben.
2. 2.1 In formellrechtlicher Hinsicht macht der Beschwerdeführer geltend, die aus dem Anspruch auf rechtliches Gehör fliessende Begründungspflicht (<ref-law>; <ref-law>) sei mit der "zu schematisch und formelhaft" abgefassten Verfügung vom 13. Mai 2008 verletzt worden, weshalb diese nichtig sei.
2.2 Dem Verwaltungsakt ist zu entnehmen, dass die Beschwerdegegnerin von nicht organisch objektiv ausgewiesenen Unfallfolgen ausging und die vom Versicherten weiterhin geklagten Beschwerden bei Fallabschluss am 13. Mai 2008 in Anwendung der Schleudertrauma-Praxis (<ref-ruling>, 134 V 109) nicht als adäquat kausale Unfallfolgen ansah. Damit war der Beschwerdeführer, der im Verfügungszeitpunkt bereits anwaltlich vertreten war, in die Lage versetzt, eine rechtsgenügliche Einsprache zu erheben, weshalb rechtsprechungsgemäss (SVR 2009 UV Nr. 30 S. 105, Urteil 8C_413/2008 vom 5. Januar 2009) auch keine Verletzung der Begründungspflicht vorliegt.
3. Materiellrechtlich streitig und zu prüfen ist die Leistungspflicht der SUVA für die über den 13. Mai 2008 hinaus anhaltend geklagten Beschwerden des Versicherten. Die Rechtsgrundlagen für die Beurteilung der Streitsache sind im angefochtenen Entscheid - teilweise unter Verweis auf den Einspracheentscheid - richtig dargelegt. Darauf wird verwiesen.
3.1 Nach umfassender und sorgfältiger Würdigung der medizinischen Akten ist das kantonale Gericht davon ausgegangen, dass anhand der durchgeführten bildgebenden Verfahren lediglich unauffällige Befunde erhoben und keine unfallbedingten organischen Schäden festgestellt werden konnten. Es hat daher die adäquate Kausalität der geltend gemachten Beschwerden nach der sogenannten Schleudertrauma-Praxis (<ref-ruling>) geprüft und verneint.
3.2 Der Beschwerdeführer wendet ein, die noch vorhandenen Beschwerden seien mit einem natürlich unfallkausalen, organisch objektiv ausgewiesenen Gesundheitsschaden zu erklären, weshalb der adäquate Kausalzusammenhang ohne Weiteres mit dem natürlichen zu bejahen sei.
3.3 Die Vorinstanz hat sich hiezu einlässlich geäussert und zutreffend erkannt, dass die mittels klinischer Untersuchung erhobenen Befunde in Form von Verhärtungen oder Verspannungen der Muskulatur, Druckdolenzen im Nacken, Einschränkungen der HWS-Beweglichkeit sowie Nackenverspannungen bei Streckhaltung der HWS für sich allein nicht als klar ausgewiesenes organisches Substrat der Beschwerden qualifiziert werden (vgl. SVR 2008 UV Nr. 2 S. 3, U 328/06 E. 5.2; Urteil 8C_806/2007 vom 7. August 2008 E. 8.3, je mit Hinweisen). Von organisch objektiv ausgewiesenen Unfallfolgen kann erst dann gesprochen werden, wenn die erhobenen Befunde mit - wissenschaftlich anerkannten (<ref-ruling>) - apparativen/bildgebenden Abklärungen bestätigt werden (BGE 8C_216/2009 vom 28. Oktober 2009 E. 2). Das trifft nach Lage der Akten auf die genannten Befunde nicht zu, da anlässlich der Röntgenuntersuchung und Untersuchungen mittels Computertomogramm (CT) und Magnetresonanztomographie (MRI) einzig unfallfremde, degenerative Wirbelsäulenveränderungen festgestellt wurden (Berichte des Spital Y._, vom 25. Februar 2006, des neuroradiologischen und radiologischen Instituts S._, vom 15. März 2006 und des Dr. med. E._ vom 4. Dezember 2007). Im Übrigen kann hiezu auf die vorinstanzlichen Erwägungen verwiesen werden.
3.4 Liegt demnach keine organisch klar ausgewiesene Unfallfolge vor, lässt sich der adäquate Kausalzusammenhang nicht ohne besondere Prüfung bejahen. Dabei kann die Frage der natürlichen Kausalität offenbleiben, wenn es ohnehin an der Adäquanz fehlt (<ref-ruling> E. 5.1). Es erübrigen sich daher auch Beweisweiterungen im Sinne der eventualiter beantragten polydisziplinären Abklärung. Der Sachverhalt ist für eine einwandfreie Adäquanzbeurteilung hinreichend abgeklärt, wie sich aus den nachfolgenden Erwägungen ergibt, weshalb die Vorinstanz zu Recht in zulässiger antizipierter Beweiswürdigung auf weitere Beweismassnahmen verzichtet hat (vgl. <ref-ruling> E. 4b S. 94; SVR 2010 ALV Nr. 2 S. 3, 8C_269/2009 E. 2.2; je mit Hinweisen). Demzufolge kann auch der SUVA keine Verletzung der gesetzlichen Abklärungspflicht (<ref-law>) vorgehalten werden, wie dies der Beschwerdeführer tut.
4. 4.1 Hat die versicherte Person mehr als einen Unfall mit Schleudertrauma der HWS oder gleichgestellter Verletzung erlitten, so ist die Adäquanz prinzipiell für jeden Unfall gesondert zu beurteilen. Vorliegend gilt es indessen zu berücksichtigen, dass hinsichtlich des ersten Ereignisses vom 22. Mai 2002 die ärztliche Behandlung spätestens im Februar 2003 abgeschlossen werden konnte und der Versicherte seither (gemäss Aktenlage) beschwerdefrei und voll arbeitsfähig war. Das kantonale Gericht hat dennoch in nicht zu beanstandender Weise die adäquate Kausalität zwischen dem ersten Ereignis und der persisitierenden Beschwerden in Anwendung der Schleudertrauma-Praxis geprüft und verneint, welcher Beurteilung nichts hinzuzufügen ist.
Sodann ist es nach der Rechtsprechung nicht generell ausgeschlossen, die wiederholte Betroffenheit desselben Körperteils bei der Adäquanzprüfung zu berücksichtigen (vgl. E. 4.3.3 hernach), was auch beschwerdeweise erneut verlangt wird. Letzteres ist insbesondere dann denkbar, wenn die Auswirkungen der verschiedenen Ereignisse auf gewisse Beschwerden und/oder auf Grad und Dauer der Arbeitsunfähigkeit nicht voneinander abgegrenzt werden können. Der hinreichend nachgewiesenen, durch einen früheren versicherten Unfall verursachten dauerhaften Vorschädigung der HWS kann diesfalls im Rahmen der Beurteilung einzelner Kriterien - beispielsweise der besonderen Art der Verletzung, der erheblichen Arbeitsunfähigkeit trotz ausgewiesener Anstrengungen oder der fortgesetzt spezifischen, belastenden ärztlichen Behandlung - Rechnung getragen werden (SVR 2007 UV Nr. 1 S. 3, U 39/04, E. 3.3.2 mit Hinweisen).
4.2 Einfache Auffahrunfälle werden rechtsprechungsgemäss in der Regel als mittelschwer im Grenzbereich zu den leichten Unfällen qualifiziert (RKUV 2005 Nr. U 549 S. 236, U 380/04 E. 5.1.2 mit Hinweisen). Es liegen unbestrittenerweise keine Umstände vor, die hier zu einer anderen Beurteilung Anlass zu geben vermöchten.
Der in diesem Zusammenhang vorgebrachte formellrechtliche Einwand, durch die Einholung einer biomechanischen Kurzbeurteilung (Triage) bei der Arbeitsgruppe für Unfallmechanik (Bericht vom 12. Juni 2006) ohne vorgängige Mitteilung des Beschwerdeführers seien die Parteirechte gemäss <ref-law> verletzt, ist nicht stichhaltig. Eine allfällige Verletzung der Mitwirkungsrechte bei der Bestellung der Kurzbeurteilung ist jedenfalls als geheilt anzusehen (SZS 2008 S. 166, U 145/06, E. 6.2), wie das kantonale Gericht bereits zutreffend erwog. Der Beschwerdeführer legt denn auch nicht substanziiert dar, worin ein schwerwiegender Verfahrensmangel zu sehen ist. Überdies wurde mit Blick auf die Qualifikation der Unfallschwere nicht primär auf die Kurzbeurteilung abgestellt (vgl. grundsätzlich zur Bedeutung unfalltechnischer/biomechanischer Unfallanalysen für die Kausalitätsbeurteilung: RKUV 2003 Nr. U 489 S. 357 E. 3.2, U 193/01 E. 3.2; SVR 2009 UV Nr. 13 S. 52, 8C_590/2007 E. 6.1).
4.3 Die Adäquanz wäre daher nur zu bejahen, falls ein einzelnes der unfallbezogenen Kriterien in besonders ausgeprägter Weise gegeben ist oder die zu berücksichtigenden Kriterien insgesamt in gehäufter oder auffallender Weise erfüllt sind (<ref-ruling> E. 6b S. 367 f.; bestätigt in <ref-ruling> E. 10.1 S. 126 f.).
4.3.1 Der Auffahrunfall vom 25. Februar 2006 hat sich weder unter besonders dramatischen Begleitumständen zugetragen, noch war er von besonderer Eindrücklichkeit. Ohne Weiteres können auch die Kriterien der fortgesetzten spezifischen, die versicherte Person belastenden ärztlichen Behandlung, der ärztlichen Fehlbehandlung, die die Unfallfolgen verschlimmert hat, des schwierigen Heilungsverlaufs und der erheblichen Komplikationen verneint werden, zumal sich der Beschwerdeführer hiezu nicht äussert.
4.3.2 Adäquanzrelevant können sodann in der Zeit zwischen dem Unfall und dem Fallabschluss nach <ref-law> ohne wesentlichen Unterbruch bestehende erhebliche Beschwerden sein. Die Erheblichkeit beurteilt sich nach den glaubhaften Schmerzen und nach der Beeinträchtigung, welche die verunfallte Person durch die Beschwerden im Lebensalltag erfährt (<ref-ruling> E. 10.2.4 S. 128). Der Versicherte leidet zwar glaubhaft unter Schmerzen (Restbeschwerden namentlich in Form von anhaltenden Nackenschmerzen ausstrahlend zwischen den Schulterblättern und zeitweilig in den Hinterkopf und einer lageabhängigen Schwankschwindelproblematik sowie Konzentrationsstörungen; Austrittsbericht der Rehaklinik L._ vom 2. Februar 2007), welche zu einer Beeinträchtigung der Lebensqualität geführt haben. Die Beschwerden übersteigen indessen das bei Schleudertrauma-Verletzungen übliche Mass nicht derart, dass das Kriterium in besonders ausgeprägter Weise erfüllt wäre, was auch nicht geltend gemacht wird.
4.3.3 Die Diagnose einer HWS-Distorsion oder einer anderen, adäquanzrechtlich gleich zu behandelnden Verletzung genügt für sich allein nicht zur Bejahung des Kriteriums der Schwere und besonderen Art der erlittenen Verletzung (<ref-ruling> E. 10.2.2 S. 127 f.). Richtig ist, dass eine HWS-Distorsion, welche eine bereits erheblich vorgeschädigte Wirbelsäule trifft, speziell geeignet ist, die "typischen" Symptome hervorzurufen (SVR 2009 UV Nr. 30 S. 105, 8C_413/2008 6.3.2) und deshalb als Verletzung besonderer Art qualifiziert werden kann (vgl. SVR 2007 UV Nr. 1, U 39/04 E. 3.4.2).
Wenn der Beschwerdeführer geltend macht, aufgrund des Umstands, dass er zum zweiten Mal ein Schleudertrauma der HWS erlitten habe, sei das Kriterium der besonderen Art und Schwere der erlittenen Verletzungen in ausgeprägter Weise erfüllt, kann ihm jedoch nicht gefolgt werden. Weder ist hinsichtlich der festgestellten Degenerationen der HWS im Bereich C5/6 und C6/7 eine krankheitsbedingte Arbeitsunfähigkeit aktenkundig, noch war der Beschwerdeführer nach dem ersten Unfall lange arbeitsunfähig; nach rund einem Monat vollständiger oder teilweiser unfallbedingter Arbeitsunfähigkeit (22. Mai bis 17. Juni 2002) arbeitete er vor dem zweiten Ereignis bereits wieder seit rund vier Jahren mit einem vollen Pensum als Plattenleger. Wenn überhaupt, ist das Kriterium jedenfalls nicht in besonders ausgeprägter Weise gegeben (vgl. Urteil 8C_542/2008 vom 20. November 2008 E. 5.3).
4.3.4 Was schliesslich das Kriterium der Arbeitsunfähigkeit anbelangt, ist dem Umstand Rechnung zu tragen, dass bei leichten bis mittelschweren Schleudertraumen der HWS (und hinsichtlich Adäquanzbeurteilung gleich zu behandelnden Verletzungen) ein längerer oder gar dauernder Ausstieg aus dem Arbeitsprozess vom medizinischen Standpunkt aus eher ungewöhnlich ist. Nicht die Dauer der Arbeitsunfähigkeit ist daher massgebend, sondern eine erhebliche Arbeitsunfähigkeit als solche, die zu überwinden die versicherte Person ernsthafte Anstrengungen unternimmt.
Diesbezüglich ist grundsätzlich der Einsatz anerkennenswert, den der Versicherte bei der vierwöchigen beruflichen Abklärung in der Rehaklinik L._ mit als zuverlässig qualifizierter Leistungsbereitschaft (Bericht der Rehaklinik L._ vom 11. Januar 2007) und beim anschliessenden sechsmonatigen Arbeitstraining, bei welchem ihm ein starker Arbeitswille attestiert wurde, gezeigt hat (Bericht der Stiftung O._, vom 10. November 2007). Er war allerdings nach dem Unfall bereits wieder Ende 2006/Anfang 2007 in einer leichten bis mittelschweren leidensadaptierten Tätigkeit vollständig arbeitsfähig (Austrittsbericht der Rehaklinik L._ vom 2. Februar 2007). Die Stiftung O._ reduzierte im Verlauf des Trainings zwar das Arbeitspensum - dem Wunsch des Versicherten entsprechend - von 100 % auf 90 % sowie in den letzten zwei Monaten auf 70 % und erachtete ihn in diesem Umfang auf dem freien Arbeitsmarkt als einsetzbar. Eine medizinische Begründung dieser Arbeitsfähigkeitsschätzung lässt sich dem Bericht vom 10. November 2007 aber nicht entnehmen und der Kreisarzt Dr. med. D._, Facharzt FMH für Physikalische Medizin und Rehabilitation, schätzte den Versicherten hernach - im Gegensatz zur Angabe des Dr. med. E._ in seinem Bericht vom 4. Dezember 2007, welcher von einer 50%-igen, steigerbaren Arbeitsfähigkeit ausging - für eine mittelschwere, leidensangepasste Tätigkeit vollständig arbeitsfähig (Kreisärztliche Untersuchung vom 10. Januar 2008; Nachtrag vom 25. Januar 2008). Hieraus ergibt sich jedenfalls nicht, das dass Kriterium in besonders ausgeprägter Weise erfüllt wäre (<ref-ruling> E. 10.2.7 S. 129 mit Hinweisen; Urteil 8C_252/2007 vom 16. Mai 2008 E. 7.7.1).
4.4 Von den sieben relevanten Kriterien sind demnach höchstens drei in jeweils nicht besonders ausgeprägter Weise gegeben. Das genügt beim vorliegenden Schweregrad des Unfalls nicht für die Bejahung der Adäquanz (vgl. in Plädoyer 2/2010 S. 53 zusammengefasstes Urteil 8C_897/2009 vom 29. Januar 2010 E. 4.5 mit Hinweisen). Das kantonale Gericht hat demnach die rechtserhebliche Bedeutung des Unfalls vom 25. Februar 2006 für die noch bestehenden physischen und psychischen Beschwerden, und damit die Leistungspflicht der SUVA hiefür, zu Recht verneint.
5. Dem Ausgang des Verfahrens entsprechend sind die Gerichtskosten dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Die Gerichtskosten von Fr. 750.- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
3. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich und dem Bundesamt für Gesundheit schriftlich mitgeteilt.
Luzern, 27. Oktober 2010
Im Namen der I. sozialrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Die Gerichtsschreiberin:
Ursprung Polla