Sachverhalt:
A. Der 1951 geborene S._ arbeitete bei der Firma Y._, als er sich am 17. Oktober 2002 bei einem Sturz von einem Gerüst eine stabile LWK II Fraktur, eine Commotio cerebri mit einer Stammganglien-Einblutung rechts und eine Ellbogenkontusion links zuzog. Am 15. September 2003 meldete er sich bei der Invalidenversicherung zum Leistungsbezug an. Die IV-Stelle des Kantons Zürich zog medizinische Unterlagen und insbesondere die Akten der Schweizerischen Unfallversicherungsanstalt (SUVA) bei, welche als obligatorische Unfallversicherung Leistungen erbrachte und dem Versicherten mit Verfügung vom 24. November 2006 nebst einer Integritätsentschädigung eine - letztinstanzlich bestätigte - Invalidenrente von 26 % gewährte. Im Weiteren liess die IV-Stelle S._ beim Institut D._, polydisziplinär begutachten (Expertise vom 15. Oktober 2008). Mit Verfügung vom 15. Januar 2009 sprach sie dem Versicherten rückwirkend eine vom 1. Oktober 2003 bis 30. November 2006 befristete ganz Invalidenrente zu. Ab Dezember 2006 betrage der Invaliditätsgrad noch 26 %, weshalb kein Anspruch auf eine Rente der Invalidenversicherung mehr bestehe.
B. Die dagegen erhobene Beschwerde wies das Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich ab (Entscheid vom 17. August 2010).
C. S._ lässt Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten führen und sinngemäss beantragen, es sei ihm in Aufhebung des vorinstanzlichen Entscheides eine ganze Rente zuzusprechen; eventualiter sei die Sache zu neuer Prüfung zurückzuweisen. In prozessualer Hinsicht lässt er um die Gewährung der unentgeltlichen Rechtspflege ersuchen
Auf die Durchführung eines Schriftenwechsels wurde verzichtet.

Erwägungen:
1. 1.1 Mit der Beschwerde in öffentlich-rechtlichen Angelegenheiten kann u.a. die Verletzung von Bundesrecht gerügt werden (<ref-law>). Das Bundesgericht legt seinem Urteil den Sachverhalt zugrunde, den die Vorinstanz festgestellt hat (<ref-law>). Es kann die Sachverhaltsfeststellung der Vorinstanz von Amtes wegen berichtigen oder ergänzen, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Artikel 95 beruht (<ref-law>). Diese gesetzliche Kognition in tatsächlicher Hinsicht gilt namentlich für die Einschätzung der gesundheitlichen und leistungsmässigen Verhältnisse (<ref-law>), wie sie sich im revisions- oder neuanmeldungsrechtlich massgeblichen Vergleichszeitraum entwickelt haben (Urteil 9C_755/2010 vom 19. Oktober 2010 E. 1 mit Hinweis).
1.2 Die am 1. Januar 2008 in Kraft getretenen materiellen Änderungen des IVG und der IVV im Rahmen der 5. IV-Revision (Bundesgesetz vom 6. Oktober 2006 und Verordnung vom 28. September 2007) sind nach den allgemeinen übergangsrechtlichen Grundsätzen nicht anwendbar (vgl. <ref-ruling> E. 1 S. 446).
2. Streitig und zu prüfen ist der Anspruch des Beschwerdeführers auf eine Invalidenrente.
Das kantonale Gericht hat die gesetzlichen Bestimmungen und Grundsätze über den Umfang des Rentenanspruchs (<ref-law> in der vom 1. Januar 2004 bis Ende 2007 gültig gewesenen Fassung), die Bemessung des Invaliditätsgrades bei erwerbstätigen Versicherten nach der allgemeinen Methode des Einkommensvergleichs (<ref-law> [ebenfalls in der vom 1. Januar 2004 bis 31. Dezember 2007 geltenden Fassung] und <ref-law>; <ref-ruling> E. 3.4 S. 348; <ref-ruling> E. 1 S. 30; <ref-ruling> E. 2a und b S. 136) sowie zum Beweiswert und zur Beweiswürdigung ärztlicher Berichte und Gutachten (<ref-ruling> E. 3a S. 352 mit Hinweis), zutreffend dargelegt. Ebenfalls richtig sind die Ausführungen zu den bei einer rückwirkenden Zusprechung einer abgestuften und/oder befristeten Invalidenrente geltenden Grundsätzen (analoge Anwendung von <ref-law> in Verbindung mit <ref-law>; <ref-ruling> E. 6b/dd S. 275, 109 V 125 E. 4a S. 127). Hierauf wird verwiesen.
3. 3.1 Das kantonale Gericht erwog nach eingehender Darstellung der medizinischen Aktenlage, gemäss Gutachten des Instituts D._ vom 15. Oktober 2008, welches insgesamt eine abschliessende und rechtskonforme Beurteilung ermögliche und die an den Beweiswert ärztlicher Gutachten gestellten Anforderungen erfülle, bestehe beim Beschwerdeführer ab Dezember 2006 eine volle Arbeitsfähigkeit in einer leidensangepassten Tätigkeit. Die Gutachter hätten, abgesehen von der Beeinträchtigung der Wirbelsäule bei einem Status nach deren Verletzung und der seither eingetretenen Dekonditionierung, keine die Arbeitsfähigkeit des Beschwerdeführers beeinflussende Befunde erhoben oder Diagnosen gestellt. Insbesondere habe sich keine organische Ursache für die von diesem geschilderten wiederholt auftretenden Bewusstseinsstörungen gefunden. Weiter traf die Vorinstanz die Feststellung, im Zeitpunkt des Rentenbeginns im Oktober 2003 hätten die Ärzte übereinstimmend eine volle Arbeitsunfähigkeit attestiert, weshalb die zu diesem Zeitpunkt zugesprochene ganze Invalidenrente nicht zu beanstanden sei. Indessen sei auf Ende November 2006 eine erhebliche Änderung des Invaliditätsgrades eingetreten, welcher ab dem genannten Zeitpunkt keinen Anspruch auf eine Rente mehr ergebe. Zudem seien im Verfahren der Invalidenversicherung die selben Gesundheitsschäden zu beurteilen wie in demjenigen der Unfallversicherung.
3.2 Der Beschwerdeführer lässt im Wesentlichen vorbringen, es bestehe kein Revisionsgrund. Die Ärzte würden ihm immer noch eine vollständige Arbeitsunfähigkeit bescheinigen. Eine zumutbare Verweisungstätigkeit bestehe für ihn auch auf dem ausgeglichenen Arbeitsmarkt nicht. Eine solche wäre praktisch nur noch in einer geschützten Werkstätte vorstellbar.
4. Die Tatsachenfeststellungen des kantonalen Gerichts, vorliegend namentlich die aus den medizinischen Akten gewonnenen Erkenntnisse, wonach objektiv nur geringe Befunde erhoben werden konnten, dem Beschwerdeführer nur schwere Arbeiten und solche mit einer gewissen Sturzgefährdung nicht mehr zumutbar seien und darüber hinaus aus psychiatrischer Sicht keine Diagnosen mit Einfluss auf die Arbeitsfähigkeit festgestellt werden konnten, sind im letztinstanzlichen Prozess grundsätzlich verbindlich. Entgegen der Darstellung in der Beschwerde wurde der Versicherte beim Institut D._ auch psychiatrisch begutachtet (Teilgutachten des Dr. med. C._). Im Rahmen der eingeschränkten Sachverhaltskontrolle (<ref-law>) ist es nicht Aufgabe des Bundesgerichts, die schon im vorinstanzlichen Verfahren im Recht gelegenen medizinischen Berichte neu zu würdigen und die rechtsfehlerfreie Sachverhaltsfeststellung des kantonalen Gerichts hinsichtlich der medizinisch begründeten Einschränkung des Leistungsvermögens und des Ausmasses der trotz gesundheitlicher Einschränkungen verbleibenden Arbeitsfähigkeit zu korrigieren (E. 1.1 hiervor). Das gleiche gilt für die Feststellung, dass sich der Gesundheitszustand gestützt auf die Dokumentation im Gutachten des Instituts D._ seit Dezember 2006 gegenüber jenem im Zeitpunkt des Rentenbeginns im Oktober 2003 verbessert habe. Auch die vom Beschwerdeführer vorgetragenen Bedenken hinsichtlich der Verwertbarkeit der Arbeitsfähigkeit lassen sich mit Blick darauf nicht begründen. Er setzt sich mit den vorinstanzlichen Ausführungen nicht wirklich auseinander und begnügt sich mit allgemeinen Bemerkungen, die keine Anhaltspunkte für eine offensichtliche Unrichtigkeit der vorinstanzlichen Feststellung des Sachverhalts bieten, weshalb das Bundesgericht daran gebunden ist.
5. Da die Beschwerde offensichtlich unbegründet ist, wird sie im Verfahren nach <ref-law>, insbesondere ohne Durchführung eines Schriftenwechsels und mit summarischer Begründung, erledigt.
6. Das Verfahren ist kostenpflichtig (<ref-law>). Die Gerichtskosten werden dem unterliegenden Beschwerdeführer auferlegt (Art. 65 Abs. 4 lit. a in Verbindung mit <ref-law>).
Gemäss <ref-law> wird einer Partei die unentgeltliche Rechtspflege nur gewährt, wenn sie bedürftig ist und ihr Rechtsbegehren nicht aussichtslos erscheint. Das kantonale Gericht hat die Sachverhalts- und Rechtslage einlässlich dargelegt und seinen Entscheid eingehend begründet. Die erhobenen Rügen vermochten ihn nicht ernsthaft in Zweifel zu ziehen. Dem Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege kann daher zufolge Aussichtslosigkeit der Beschwerde (<ref-ruling> E. 2.3.1 S. 135 f.) nicht entsprochen werden.

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerde wird abgewiesen.
2. Das Gesuch um unentgeltliche Rechtspflege wird abgewiesen.
3. Die Gerichtskosten von Fr. 500.- werden dem Beschwerdeführer auferlegt.
4. Dieses Urteil wird den Parteien, dem Sozialversicherungsgericht des Kantons Zürich und dem Bundesamt für Sozialversicherungen schriftlich mitgeteilt.
Luzern, 3. November 2010
Im Namen der I. sozialrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Die Gerichtsschreiberin:
Ursprung Schüpfer