Un grupo de compañeros de escuela formado por Jeremie Belpois, Ulrich Stern, Odd Della Robbia y Yumi Ishiyama descubren la existencia de un superordenador en una fábrica abandonada próxima a su academia Kadic.

Al encender este superordenador, descubren un mundo virtual llamado Lyoko dividido en cuatro sectores, así como también la existencia de un virus llamado XANA, y de una persona de su edad que se encuentra "virtualizada" llamada Aelita.

La serie consiste en que este grupo de amigos contribuyen a la supervivencia de Aelita combatiendo contra XANA. Para ello, se "virtualizan" por medio de escáners presentes en la fábrica que los transporta al mundo virtual.

También aparece en la 2ª temporada un nuevo sector llamado Cartago pero en la serie lo llaman el sector 5, en el cual está el núcleo de Lyoko y toda la información sobre XANA y de los sectores del hielo, del bosque, del desierto y de las montañas.