Sachverhalt:
A. Das Bezirksgericht Zürich sprach X._ mit Entscheid vom 30. April 2009 schuldig der mehrfachen sexuellen Nötigung und des Versuchs dazu, der mehrfachen sexuellen Handlungen mit Kindern und des mehrfachen Versuchs dazu sowie der mehrfachen Pornographie. Es verurteilte ihn zu einer unbedingten Freiheitsstrafe von drei Jahren unter Anrechnung der ausgestandenen Untersuchungshaft von 85 Tagen. Zudem ordnete es eine ambulante Behandlung während der Dauer des Vollzugs an.
X._ reichte dagegen Berufung beim Obergericht des Kantons Zürich ein. Dieses trat mit Urteil vom 7. Dezember 2010 auf einen Anklagepunkt nicht ein und stellte fest, dass der erstinstanzliche Schuldspruch in Rechtskraft erwachsen war. Im Übrigen bestätigte das Obergericht den erstinstanzlichen Entscheid im Strafpunkt und ordnete eine ambulante Behandlung während des Strafvollzugs an.
B. X._ erhebt Beschwerde in Strafsachen. Er beantragt, das Urteil des Obergerichts des Kantons Zürich sei aufzuheben. Er sei zu einer unbedingten Freiheitsstrafe von drei Jahren zu verurteilen, wobei die Freiheitsstrafe zu Gunsten einer ambulanten Massnahme aufzuschieben sei. Eventualiter sei die Sache zur Einholung eines Ergänzungsgutachtens und zur Neubeurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen.
C. Vernehmlassungen wurden keine eingeholt.

Erwägungen:
1. Die inkriminierten Taten beging der Beschwerdeführer teilweise vor Inkrafttreten des neuen Allgemeinen Teils des Strafgesetzbuches am 1. Januar 2007. Anwendbar auf den in Frage stehenden Strafaufschub ist das neue Recht. Das neue Massnahmen- und Massnahmenvollzugsrecht ist gemäss Ziff. 2 Abs. 1 Satz 1 der Schlussbestimmungen der Änderung des Strafgesetzbuches vom 13. Dezember 2002 in jedem Fall anzuwenden. Eine Kombination von altem und neuem Recht ist im Interesse einer einheitlichen Rechtsanwendung ausgeschlossen (<ref-ruling> E. 4.1 S. 100 mit Hinweisen).
2. 2.1 Der Beschwerdeführer wendet sich gegen die Verweigerung des Strafaufschubs zu Gunsten der angeordneten ambulanten Massnahme. Er bringt im Wesentlichen vor, es bestehe ein sehr ausgeprägter Behandlungsbedarf. Bereits der Gutachter Dr. med. A._ habe bestätigt, dass es möglich sei, die Legalprognose relevant zu verbessern. Er habe seit Therapiebeginn im Februar 2008 während 2 1⁄2 Jahren laufend Fortschritte gemacht. Aus den vom Psychiatrisch-Psychologischen Dienst des Justizvollzugs des Kantons Zürich (nachfolgend: PPD) verfassten Berichten wäre richtigerweise der Schluss zu ziehen gewesen, dass er sich insgesamt auf dem richtigen Weg befinde. Die Fortführung der Therapie sei nicht aussichtslos. Die frühere Stresssituation am Arbeitsplatz habe anfänglich deliktpräventiv gewirkt. Sein Arbeitgeber habe am 8. September 2010 bestätigt, dass die Probleme am Arbeitsplatz nicht mehr bestanden hätten. Die viermonatige Krise sei im Dezember 2010 (im Urteilszeitpunkt der Vorinstanz) längst bewältigt gewesen. Der Therapieerfolg sei damals auf dem Niveau von April 2010 gewesen. Deshalb habe er Anspruch auf einen Aufschub des Strafvollzugs zu Gunsten der laufenden Massnahme.
Die Vorinstanz übersehe die Entwicklung seit dem Urteilszeitpunkt der ersten Instanz im April 2009. Diese sei gemäss PPD aussergewöhnlich gut und komplikationslos verlaufen. Der Behandlungserfolg habe sich von April 2009 bis April 2010 weiter verbessert und stabilisiert. Keine Rede könne davon sein, dass sich die Therapieergebnisse im Dezember 2010 gegenüber dem Monat April 2009 deutlich verschlechtert hätten. Er habe lediglich bis Juni 2010 unter Stress am Arbeitsplatz gelitten. Es treffe nicht zu, dass die Rückfallgefahr per Dezember 2010 im Vergleich zu April 2009 gestiegen sei, sich das Therapieergebnis deutlich verschlechtert hätte und deshalb weniger günstige Bewährungsaussichten bestünden. Dies belege eine Stellungnahme des PPD vom 15. März 2011 sowie ein Schreiben seines Arbeitgebers vom 14. März 2011 (Beschwerde S. 3 ff.).
Neben Willkür (Art. 9 BV) in der Sachverhaltsfeststellung rügt der Beschwerdeführer die Verletzung von Bundesrecht (Art. 63 StGB).
2.2 Das Bezirksgericht Zürich stützt sich beim Verzicht auf einen Aufschub der Strafe auf das Gutachten von Dr. med. A._ vom 31. März 2008. Danach werde die Anordnung einer ambulanten Massnahme mit Strafaufschub empfohlen, um mit dem möglichen Erhalt der sozialen, wirtschaftlichen und partnerschaftlichen Stabilität einen nachhaltigen Motivationsanreiz zu schaffen. Der Behandlung könne, so der Gutachter, auch bei gleichzeitigem oder vorherigem Strafvollzug ohne relevante Einbussen in der Wirksamkeit Rechnung getragen werden. Zwar sprächen laut Bezirksgericht Resozialisierungsüberlegungen für einen Aufschub der Strafe. Hingegen rechtfertige sich ein solcher nur, wenn die ambulante Massnahme ausserhalb des Strafvollzugs aktuelle und günstige Bewährungsaussichten eröffnete, die durch den Strafvollzug zunichte gemacht oder erheblich vermindert würden. Dies sei hier nicht der Fall. Bei einer dreijährigen Freiheitsstrafe müssten triftige Gründe vorliegen, um einen Aufschub zu rechtfertigen (erstinstanzlicher Entscheid S. 22 ff.).
Die Vorinstanz schliesst sich diesen Erwägungen an. Sie hält fest, anders zu entscheiden wäre, wenn sich der bisherige Behandlungserfolg weiter verbessert und stabilisiert hätte, der Erfolg mithin in weit grösserem Masse durch den Strafvollzug beeinträchtigt oder gar zunichte gemacht werden könnte als noch im April 2009. Dies sei jedoch mit Blick auf verschiedene neue Berichte des Justizvollzugs des Kantons Zürich (Berichte der Bewährungs- und Vollzugsdienste vom 22. Februar 2010 und 19. August 2010 sowie Therapieberichte des PPD vom 9. April 2010 und 2. August 2010) nicht der Fall. Die Ergebnisse der Therapie hätten sich im Jahre 2010 deutlich verschlechtert, und die Rückfallgefahr sei wieder gestiegen. Aus dem aktuellen Verlauf der Massnahme und dem neuerlichen Verhalten des Beschwerdeführers (Aufsuchen von Orten mit Fahrzeug und Laptop, um mittels ungeschütztem Zugang zum WLAN unkontrollierbar im Internet zu navigieren und pornographische Seiten anzuschauen) würden sich weniger günstige Bewährungsaussichten ergeben, die der Gefahr ausgesetzt wären, durch den Strafvollzug zunichte gemacht oder erheblich vermindert zu werden. Gegen den Strafvollzug sprächen einzig die diesem immanente Erschwerung der Resozialisierung und die vom Beschwerdeführer befürchtete Drangsalierung durch Mitinsassen der Strafanstalt. Deshalb sei die Freiheitsstrafe nicht aufzuschieben (angefochtenes Urteil S. 12 ff.).
2.3 Das Gericht kann den Vollzug einer zugleich ausgesprochenen Freiheitsstrafe zu Gunsten einer ambulanten Massnahme aufschieben, um der Art der Behandlung Rechnung zu tragen (Art. 63 Abs. 2 StGB). Nach der Rechtsprechung des Bundesgerichts ist der Strafaufschub anzuordnen, wenn eine tatsächliche Aussicht auf erfolgreiche Behandlung durch den sofortigen Vollzug der ausgefällten Freiheitsstrafe erheblich beeinträchtigt würde. Die Therapie geht vor, falls eine unmittelbare Behandlung gute Resozialisierungschancen bietet, welche der Strafvollzug klarerweise verhindern oder vermindern würde. Dabei sind einerseits die Auswirkungen des Strafvollzugs, die Erfolgsaussichten der ambulanten Behandlung und die bisherigen Therapiebemühungen zu berücksichtigen, andererseits aber auch das kriminalpolitische Erfordernis, Straftaten schuldangemessen zu ahnden bzw. rechtskräftige Strafen grundsätzlich zu vollziehen. Wo ein Therapieerfolg wahrscheinlich ist, sollte nach der Praxis des Bundesgerichts - tendenziell - zunächst ärztlich behandelt werden. Ein Aufschub rechtfertigt sich aber nur, wenn die ambulante Therapie (ausserhalb des Strafvollzugs) im konkreten Einzelfall aktuelle und günstige Bewährungsaussichten eröffnet, die durch den Strafvollzug zunichte gemacht oder erheblich vermindert würden. Unter dem Gesichtspunkt des Gleichheitsgebotes muss der Behandlungsbedarf umso ausgeprägter sein, je länger die zugunsten der ambulanten Therapie aufzuschiebende Freiheitsstrafe ist. Ein Aufschub muss sich aus Gründen der Heilbehandlung hinreichend rechtfertigen (<ref-ruling> E. 4.1 S. 162 f. mit Hinweisen).
2.3 Das Gericht kann den Vollzug einer zugleich ausgesprochenen Freiheitsstrafe zu Gunsten einer ambulanten Massnahme aufschieben, um der Art der Behandlung Rechnung zu tragen (Art. 63 Abs. 2 StGB). Nach der Rechtsprechung des Bundesgerichts ist der Strafaufschub anzuordnen, wenn eine tatsächliche Aussicht auf erfolgreiche Behandlung durch den sofortigen Vollzug der ausgefällten Freiheitsstrafe erheblich beeinträchtigt würde. Die Therapie geht vor, falls eine unmittelbare Behandlung gute Resozialisierungschancen bietet, welche der Strafvollzug klarerweise verhindern oder vermindern würde. Dabei sind einerseits die Auswirkungen des Strafvollzugs, die Erfolgsaussichten der ambulanten Behandlung und die bisherigen Therapiebemühungen zu berücksichtigen, andererseits aber auch das kriminalpolitische Erfordernis, Straftaten schuldangemessen zu ahnden bzw. rechtskräftige Strafen grundsätzlich zu vollziehen. Wo ein Therapieerfolg wahrscheinlich ist, sollte nach der Praxis des Bundesgerichts - tendenziell - zunächst ärztlich behandelt werden. Ein Aufschub rechtfertigt sich aber nur, wenn die ambulante Therapie (ausserhalb des Strafvollzugs) im konkreten Einzelfall aktuelle und günstige Bewährungsaussichten eröffnet, die durch den Strafvollzug zunichte gemacht oder erheblich vermindert würden. Unter dem Gesichtspunkt des Gleichheitsgebotes muss der Behandlungsbedarf umso ausgeprägter sein, je länger die zugunsten der ambulanten Therapie aufzuschiebende Freiheitsstrafe ist. Ein Aufschub muss sich aus Gründen der Heilbehandlung hinreichend rechtfertigen (<ref-ruling> E. 4.1 S. 162 f. mit Hinweisen).
2.4 2.4.1 Die vorinstanzliche Sachverhaltsfeststellung kann nur gerügt werden, wenn sie offensichtlich unrichtig ist oder auf einer Rechtsverletzung im Sinne von Art. 95 BGG beruht und wenn die Behebung des Mangels für den Ausgang des Verfahrens entscheidend sein kann (Art. 97 Abs. 1 BGG; vgl. auch Art. 105 Abs. 1 und 2 BGG). Offensichtlich unrichtig im Sinne von Art. 97 Abs. 1 BGG ist die Sachverhaltsfeststellung, wenn sie willkürlich ist (<ref-ruling> E. 1.4.1 S. 39; vgl. zum Begriff der Willkür <ref-ruling> E. 4.2 S. 560 mit Hinweisen). Neue Tatsachen und Beweismittel dürfen nur so weit vorgebracht werden, als erst der angefochtene Entscheid dazu Anlass gibt (Art. 99 Abs. 1 BGG). Aus der Beschränkung der bundesgerichtlichen Sachverhaltsprüfung auf offensichtlich falsche bzw. willkürliche Feststellungen leitet das Bundesgericht in konstanter Praxis ab, dass echte tatsächliche Noven, das heisst, solche Tatsachen, die erst nach dem Ergehen des angefochtenen Entscheids aufgetreten sind, unbeachtlich sind (<ref-ruling> E. 5.1.3 S. 103 mit Hinweisen). Das ins Recht gelegte Schreiben des PPD vom 15. März 2011 und dasjenige der Arbeitgeberin des Beschwerdeführers vom 14. März 2011 sind erst nach dem vorinstanzlichen Urteil verfasst worden und können deshalb als echte Noven im bundesgerichtlichen Verfahren nicht vorgebracht werden. Auf die Rüge des offensichtlich unrichtigen Sachverhalts ist, soweit der Beschwerdeführer diesbezüglich auf die erwähnten Schreiben verweist (Beschwerde S. 5 ff.), nicht einzutreten.
2.4.2 Das Gutachten von Dr. med. A._ vom 31. März 2008 diagnostiziert beim Beschwerdeführer eine Pädophilie heterosexueller Ausrichtung vom nicht ausschliesslichen Typus im Sinne der Internationalen Klassifikation der Krankheiten und verwandter Gesundheitsprobleme (ICD-10 F65.4) sowie sonstige abnorme Gewohnheiten und Störung der Impulskontrolle (ICD-10 F63.8). Es empfiehlt die Anordnung einer ambulanten Massnahme und hält fest, dass eine Behandlung bei gleichzeitigem Strafvollzug ohne relevante Einbussen möglich sei. Die Vorinstanz folgt dieser Einschätzung und stützt sich betreffend die Entwicklung des Beschwerdeführers seit dem erstinstanzlichen Urteil schwergewichtig auf den Bericht des PPD vom 2. August 2010. Dieser revidiert seine frühere positive Beurteilung vom 9. April 2010 und stellt insbesondere (nach rund 2 1⁄2-jähriger Therapiedauer) Folgendes fest: Der Beschwerdeführer sei im Alltag auf kleine Mädchen fokussiert, und es zeige sich wiederholt, dass ihm die Deliktrelevanz seines Verhaltens nicht bewusst sei. Er konsumiere nach wie vor Pornographie mittels Internet und sei in Bezug auf verbotene Pornographie hochgradig gefährdet. Die Belastung am Arbeitsplatz habe weiter zugenommen. Dies wirke sich auf den anhaltenden, suchtartigen und risikorelevanten Internetkonsum aus. Seine aktuelle Beeinflussbarkeit sei gering bis moderat. Es seien wenig positive Veränderungsprozesse risikorelevanter Persönlichkeitsmerkmale erkennbar. Das Rückfallrisiko sei betreffend "pädosexuellen und gewalttätigen Internetkonsum" deutlich bis sehr hoch und in Bezug auf "sexuelle Handlungen mit Kindern" deutlich. Es bestünde eine Zunahme von dysfunktionalen Verhaltensweisen (vorinstanzliche Akten act. 118A).
2.4.3 Ein Aufschub der Freiheitsstrafe käme nach der bundesgerichtlichen Rechtsprechung nur in Betracht, wenn der Strafvollzug den Erfolg der Therapie vereiteln oder zumindest erheblich beeinträchtigen würde. Hinreichende Anhaltspunkte dafür liegen keine vor. Die in der Beschwerde angeführten Gründe, die nach Ansicht der Verteidigung für einen Strafaufschub sprechen, vermögen nicht durchzudringen.
Der Beschwerdeführer macht wie bereits vor Vorinstanz geltend, der PPD habe die Situation am Arbeitsplatz ohne Rücksprache mit seinem Vorgesetzten und deshalb nicht genügend abgeklärt (Beschwerde S. 7 f.). Diese Kritik ist ungeeignet, Willkür in der vorinstanzlichen Sachverhaltsfeststellung betreffend die Dauer der unbestrittenen Stresssituation aufzuzeigen. Auf die zutreffenden vorinstanzlichen Erwägungen (angefochtenes Urteil S. 16) kann verwiesen werden (Art. 109 Abs. 3 BGG). In Bezug auf die Problemsituation am Arbeitsort behauptet der Beschwerdeführer weiter, er habe lediglich während vier Monaten von Mai bis Juli 2010, Mai bis August 2010 respektive bis längstens Juni 2010 unter Stress am Arbeitsplatz gestanden (Beschwerde S. 4 und 7). Die Situation habe sich im Dezember 2010 entschärft. Diese Ausführungen überzeugen nicht und sind zudem teilweise widersprüchlich. Die hohe Belastung des Beschwerdeführers durch seine neue Arbeitsfunktion fand nicht erst im Schreiben des PPD vom 2. August 2010 Eingang, sondern bereits im jährlichen Bericht vom 9. April 2010. Danach wurde die kritische Situation am Arbeitsplatz bereits ab der Beförderung des Beschwerdeführers im Januar 2010 im Rahmen der Therapie thematisiert.
Der Beschwerdeführer hält wiederholt fest, dass er seit Therapiebeginn im Februar 2008 laufend Fortschritte gemacht habe. Zudem habe er die Therapie erfolgreich absolviert und ein "effektives Rückfallmanagement" erarbeitet (Beschwerde S. 4). Diese Darstellung überzeugt mit Blick auf den Bericht vom 2. August 2010, der unter anderem wenig positive Veränderungsprozesse auszumachen vermag, ebenfalls nicht. Gleiches gilt in Bezug auf die Einschätzung des Beschwerdeführers, der Therapieerfolg im Dezember 2010 habe demjenigen im April 2010 entsprochen. Diese Behauptung steht auch im Widerspruch zu dem von ihm selbst eingereichten (grundsätzlich unbeachtlichen) Schreiben des PPD vom 15. März 2011. Danach war die Rückfallgefahr betreffend sexuelle Handlungen mit Kindern im Dezember 2010 gegenüber dem April 2010 leicht erhöht. Aus dem besagten Schreiben kann im Übrigen auch nicht gefolgert werden, dass sich der Behandlungserfolg nachhaltend stabilisiert hätte.
Entgegen dem Dafürhalten des Beschwerdeführers (Beschwerde S. 4) geht eine Therapie nicht bereits vor, wenn die sofortige Behandlung gute Resozialisierungschancen bietet. Vielmehr ist zusätzlich vorauszusetzen, dass der Strafvollzug diese klarerweise verhindern oder vermindern würde (E. 2.3 hievor). Ein Strafaufschub ist nicht schon deshalb angezeigt, weil sich dadurch die Erfolgsaussichten einer Behandlung verbessern (MARIANNE HEER, in: Basler Kommentar, Strafrecht, Bd. I, 2. Aufl. 2007, N. 47 zu Art. 63 StGB). Der Beschwerdeführer macht im Rahmen der Beschwerde im Wesentlichen geltend, dass die Vorinstanz den Therapieverlauf und die Legalprognose unzutreffend einschätze und die Fortschritte verkenne. Zum einen kann ihm diesbezüglich wie gezeigt nicht gefolgt werden. Zum anderen legt er nicht dar, dass die ambulante Massnahme mit dem Strafvollzug unvereinbar wäre. Dies schliesst der Gutachter Dr. med. A._ ausdrücklich aus. Triftige Gründe, weshalb in dieser Fachfrage von dessen Expertise abzuweichen wäre, zeigt der Beschwerdeführer nicht auf (vgl. <ref-ruling> E. 4.4.1 S. 269 mit Hinweis; <ref-ruling> E. 4 S. 57 f.; <ref-ruling> E. 2 S. 86 mit Hinweisen). Mithin wird das Gutachten nicht in Frage gestellt. Die Vorinstanz darf deshalb ohne Willkür die Expertise als schlüssig werten und auf die Folgerung des Gutachters abstellen. Für die Anordnung eines zusätzlichen Gutachtens besteht kein Anlass. Nicht vorgebracht wird beispielsweise, der Strafvollzug respektive das Gefängnismilieu wirke sich gestützt auf die konkreten Umstände in einem relevanten Ausmass ungünstig auf die psychotherapeutische Behandlung aus oder ein positiver Verlauf der Therapie werde durch die Notwendigkeit eines Therapeutenwechsels nicht nur initial, sondern ernstlich oder erheblich gefährdet. Auch genügen allgemeine destabilisierende Folgen des Strafvollzugs - zum Beispiel wegen eines Abbruchs von gefestigten familiären, sozialen oder beruflichen Strukturen - nicht, um einen Aufschub der Freiheitsstrafe anzuordnen. Soweit der Beschwerdeführer bemerkt, der PPD habe eine Umwandlung der Therapie in eine vollzugsbegleitende Massnahme bis anhin nicht in Betracht gezogen (Beschwerde S. 4), geht sein Vorbringen an der Sache vorbei.
Der Beschwerdeführer hat massive Straftaten in leicht verminderter Schuldfähigkeit begangen. Je schwerer die Straftaten und je leichter die Verminderung der Schuldfähigkeit, desto weniger drängt sich nach der erwähnten Rechtsprechung ein Strafaufschub auf (<ref-ruling> E. 4.1 und 4.2 S. 162 ff.). Die Vorinstanz verletzt ihr Ermessen nicht, indem sie einen Aufschub gemäss Art. 63 Abs. 2 StGB ausschliesst und davon ausgeht, die ambulante Behandlung des Beschwerdeführers könne im Strafvollzug erfolgen.
3. Die Beschwerde ist abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Die bundesgerichtlichen Kosten sind dem Beschwerdeführer aufzuerlegen (Art. 66 Abs. 1 BGG).

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, 7. Juni 2011
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Der Präsident: Der Gerichtsschreiber:
Mathys Faga