Anno 2020, i computer sono diventati parte integrante della vita della maggior parte della popolazione. Tuttavia, l'adolescente Yui Kasuga è una delle poche persone assolutamente incapaci di usare un PC, nonostante il padre sia un famoso programmatore. Improvvisamente, il malvagio supercomputer Giganet si ribella all'uomo e decide di prendere il controllo di ComNet, la rete internet. I Virtuali, speciali programmi sviluppati per fermarlo, reclutano Yui, che viene letteralmente risucchiata a ComNet. Qui la ragazzina incontra un Virtuale di nome I.R., che le fornisce armi e gadget "downloadabili" che le permettono di diventare Virtual Yui, l'unica in grado di sconfiggere i virus di Giganet. La prima stagione ruota intorno alla battaglia contro Giganet e rivela i misteri che si nascondono dietro i Virtuali e il loro creatore, il professor Inukai, apparentemente scomparso. Nella seconda stagione, invece, Yui e i Virtuali devono sconfiggere un misterioso virus che minaccia ComNet, e faranno la conoscenza di Virtual Aiko.