Quatre adolescents vivant en région parisienne découvrent une usine renfermant un ordinateur quantique. Jérémie, qui l'a découvert en premier, l'active et réveille par la même occasion un dangereux programme appelé XANA : un programme multi-agent, à la base créé par Franz Hopper pour contrer un projet militaire : le projet Carthage. XANA, qui a ensuite pris son indépendance, cherche maintenant à prendre le contrôle du monde. Pour cela, il infecte des tours mémorielles, qui lui servent d'intermédiaire avec le monde réel, dans les territoires de Lyoko. Aelita, une jeune créature humanoïde virtuelle, la fille de Franz Hopper, est la seule ennemie de XANA présente sur Lyoko mais elle peut compter sur l'aide de quatre amis : Yumi, Ulrich, Odd et Jérémie. Ils mènent une double vie dans le plus grand secret : simples collégiens la plupart du temps, ils deviennent sauveurs du monde quand XANA lance une attaque. Ils doivent garder leur secret car si les autorités venaient à apprendre la menace que représente XANA, elles éteindraient le super-calculateur. Cela entraînerait la destruction de Lyoko, et Aelita disparaîtrait donc à jamais. Les quatre héros ont trouvé un passage vers cet univers virtuel. En plus du super-calculateur, l'usine désaffectée abrite aussi trois scanners qui leur permettent de se transférer sur Lyoko. Tandis que Jérémie se met aux commandes pour gérer le support technique, Odd, Yumi et Ulrich se rendent sur Lyoko. Ils y combattent les monstres virtuels de XANA pour protéger Aelita et l'aider à désactiver les tours pour arrêter les attaques grâce au code « Lyoko ».
随着在24世纪“Inflation Hole”的发现,利用“InflationDrive”以超光速从太阳系向外层空间进行旅行成为可能。 在太空中,从地球开始,每32.6光年就有一处为“Inflation Drive”服务的空间拉力站,它们被称作“Watcher’s Nest Kureha Misaki”,是被用为“Seraphim"的特种部队组织的成员,她与另外三位女性队员Susanna、Luxandora以及Kiri在完成在太阳系进行的训练后正前往她们的下一站”Watcher’s Nest"。但是,正在等待她们的是来自平行宇宙被称为“Ghouls"的可怕生物通过Inflation Hole的入侵。