Al collegio Kadic viene organizzato il ballo di inizio anno. Sissi, la figlia del preside Delmas, vorrebbe andarci con Ulrich Stern, che però sceglie Yumi Ishiyama. Nel mentre, dal mondo virtuale di Lyoko, Aelita si mette in contatto con Jeremy Belpois per avvisarlo che l'intelligenza artificiale XANA sta per attaccare il mondo reale, usando un gigantesco orso di peluche posseduto da uno spettro polimorfo. Jeremy chiede quindi l'aiuto del suo amico Odd della Robbia che, mentre Ulrich e Yumi sono impegnati a difendere gli studenti dal mostro, dovrà virtualizzarsi su Lyoko e aiutare Aelita a disattivare la torre con cui XANA interagisce col mondo reale. La torre viene disattivata, e grazie al Ritorno al Passato tutti, ad eccezione di Ulrich e i suoi compagni, dimenticano l'accaduto.

Il signor Delmas consente a Odd di iniziare il casting per una rock band tradizionale, chiamata "Pop rock progressisti". Hanno bisogno di un batterista, e molti provano per la posizione, tra cui Nicolas. Nicolas risulta essere il migliore, ma Odd non vuole avere niente a che fare con lui. Nel frattempo, il collegio Kadic e l'intera Parigi sono interessati da continui blackout. Jeremy scopre che XANA sta sovraccaricando le linee elettriche attorno alla città per far collassare una vicina centrale nucleare provocando una fusione del reattore. I Guerrieri Lyoko devono disattivare la torre prima che la città si trasforma in un deserto nucleare, e prima che le autorità scoprano il supercomputer. Alla fine, la torre viene disattivata, e dopo un ritorno al passato, Nicolas e Jim entrano a far parte dei Pop rock progressisti.

Si avvicinano le vacanze e, per evitare che il supercomputer resti incustodito, Jeremy si fa mettere di proposito in punizione prendendosi la colpa di un murale dedicato a Jim, il professore di ginnastica. L'espediente si rivela provvidenziale, perché di lì a breve XANA sferra un nuovo attacco, che mette in pericolo in particolare Ulrich, Sissi e lo stesso Jim.

Sissi si appropria del diario di Ulrich, sul quale sono annotati pensieri e aneddoti relativi alla sua esperienza su Lyoko. Mentre Jeremy e Yumi cercano di recuperarlo, XANA lancia un attacco prendendo il controllo dell'autobus scolastico.

XANA infetta con un virus la rete ferroviaria, prendendo il controllo di due treni automatizzati, uno dei quali trasporta materiale radioattivo, per fare in modo che si scontrino in prossimità del collegio. Nel mentre, Sissi scopre che Odd nasconde in camera il suo cane Kiwi, violando le regole dell'istituto. Dicendolo a Jim, complica il lavoro di Jeremy e degli altri per sventare la catastrofe.

Jeremy riesce a mettere a punto un programma in grado di virtualizzare Aelita nel mondo reale, cosa che permetterebbe al gruppo di spegnere il supercomputer e distruggere XANA. Quella stessa notte, però, l'intelligenza artificiale attacca nuovamente, e nella battaglia che ne segue Yumi cade nel Mare Digitale su cui galleggia Lyoko, da dove le sarebbe impossibile tornare indietro. Jeremy riesce a salvarla usando il programma sviluppato per Aelita, rimandando la fine della guerra.

Yumi scompare durante una missione, salvo poi riapparire poco tempo dopo nel mondo reale completamente cambiata, quasi irriconoscibile. Prima si comporta in modo aggressivo con l'infermiera della scuola, quindi corteggia Jeremy, ingelosendo Ulrich. In seguito, i ragazzi scoprono che si tratta in realtà di uno spettro polimorfo, e che la vera Yumi si trova ancora su Lyoko, prigioniera di XANA.

Un famoso regista americano sceglie la fabbrica che ospita il supercomputer per girare il suo prossimo film. I ragazzi tentano di dissuaderlo, ma il regista si mostra irremovibile; inoltre, Ulrich e Sissi vengono selezionati come comparse. XANA, però, invia nel mondo reale uno dei suoi spettri, che prende il controllo del mostro meccanico protagonista del film ed attacca il gruppo.

Dopo aver fatto suonare i telefoni cellulari di tutti gli studenti del collegio, comportandone il sequestro da parte dei professori, XANA riprogramma un satellite laser militare puntandolo contro Yumi e, quando i ragazzi lo scoprono, non avendo Yumi il cellulare, non possono avvisarla del pericolo.

Jeremy sperimenta un nuovo programma per virtualizzare Aelita, che apparentemente si rivela un fallimento. Sennonché, il giorno dopo, una ragazza di nome Talia, incredibilmente somigliante ad Aelita, si presenta a scuola. Malgrado la ragazza dica di non conoscerli, Jeremy si convince che il suo esperimento sia riuscito, visto e considerato che Aelita sembra scomparsa da Lyoko, e mostra a Talia la fabbrica. Ma Talia non è Aelita, poiché la vera Aelita è stata imprigionata da XANA. Questi invia uno spettro polimorfo a prendere possesso di un'armatura da samurai che Yumi ha portato al collegio per un progetto di storia.

A Jeremy viene proposto di trasferirsi in una scuola per geni, ma, se da una parte vorrebbe accettarla, dall'altra non se la sente di abbandonare i suoi amici. Intanto, XANA prende il controllo di un ratto che vive nei sotterranei del collegio, e che in poco tempo diffonde il contagio tra tutti i suoi simili creando un'orda di topi che si abbatte sulla scuola. Dal momento che Jeremy è prigioniero dei topi, Yumi e gli altri sono costretti a cavarsela da soli.

Ulrich riceve una lettera d'amore, e dal momento che non se ne conosce l'autore il rapporto tra lui e Yumi si complica notevolmente. Intanto, XANA prende il controllo di una colonia di calabroni che vive nel parco della scuola, usandoli per attaccare il gruppo. Alla fine si scopre che il mittente della lettera è Sissi, il cui piano era proprio spingere Yumi e Ulrich alla rottura.

Jeremy riesce a materializzare un capello di Aelita, ma poco dopo si accorge che, nel farlo, ha danneggiato il suo avatar, il che finirà per cancellarla qualora dovesse disattivare nuovamente una torre. In quel momento, XANA attacca di nuovo, usando gli ultrasuoni per provocare terremoti che minano l'integrità della scuola.

XANA lancia un violento attacco al mondo reale, intrappolando i ragazzi in vari punti della fabbrica nel tentativo di ucciderli. Sissi, che aveva seguito il gruppo sospettando tramassero qualcosa di losco, rimane bloccata con Ulrich nell'ascensore e, trascorrendo del tempo con lei, Ulrich capisce che è molto meno cattiva e superficiale di quanto voglia apparire.

XANA disperde una nuvola di gas esilarante sul collegio. In principio, l'attacco non sembra drammatico, ma i ragazzi si ricredono quando Jeremy spiega loro che morire dal ridere non è solo un modo di dire, ma che è un evento che in determinati casi può verificarsi per davvero.

Theo, un nuovo studente, intreccia un bel rapporto con Sissi, ingelosendo Hervé, uno dei membri del gruppo di Sissi, a sua volta attratto da lei. A complicare le cose ci si mette XANA, che usando la corrente elettrica intrappola tutti i ragazzi, ad eccezione di Yumi e Jeremy, nel refettorio della scuola.

Ulrich viene infettato con un nanovirus sviluppato da XANA che gli provoca un'amnesia. Sissi tenta di sfruttare la situazione per farlo innamorare di lei; mentre il contagio si diffonde in tutta la scuola, una volta portatolo su Lyoko Jeremy e gli altri sono costretti ad insegnargli tutto da capo.

Su internet spopola una nuova canzone, dal titolo "Non vincerete mai", e Odd se ne innamora, così come buona parte degli studenti del collegio. La canzone però è stata creata da XANA, e sfrutta una particolare lunghezza d'onda per indurre in stato catatonico tutti coloro che l'ascoltano, portandoli in poco tempo alla morte.

Jeremy, frustrato per l'incapacità di creare un programma di devirtualizzazione, litiga con Aelita, e il giorno dopo, all'insaputa di tutti, decide di andare personalmente su Lyoko per chiarire e farsi perdonare. A causa di un imprevisto rimane intrappolato in un limbo tra i due mondi, in cui la sua esistenza si spegne poco a poco. Collaborando con Aelita, Ulrich e gli altri devono cercare un modo per salvarlo.

Al collegio si tiene una competizione sportiva tra robot che vede scontrarsi tra di loro Jeremy ed Hervé. Hervé riesce a vincere barando, e poco dopo la scuola viene attaccata da un esercito di robot assemblati da XANA nella fabbrica del supercomputer. Dal momento che Jeremy è impegnato su Lyoko, le speranze per i ragazzi di fermare i robot sono affidate a Hervé.

Ulrich è molto teso, perché di lì a breve dovrà giocare un'importante partita di calcio alla quale assisterà anche il suo severo padre, sempre pronto a fargli notare tutti i suoi fallimenti, cosa che lo costringe anche a sacrificare i suoi doveri di Guerriero Lyoko. Proprio in quel momento XANA lancia un nuovo attacco, manipolando la gravità attorno al collegio per spedirlo in orbita assieme a tutti i suoi occupanti.

I ragazzi sono stressati per i continui attacchi di XANA, cosa che influenza negativamente il loro rapporto, e in particolare quello tra Ulrich e Yumi. Quando poi Ulrich inizia a frequentare Emily, una ragazza dell'ultimo anno, la frattura tra lui e Yumi sembra diventare insanabile. L'ennesimo attacco di XANA cambia tutto.

Odd perde la testa per Sam, una ragazza più grande di un'altra scuola, fredda e aggressiva, che finisce per metterlo nei guai quando questa ruba un computer facendogli rischiare l'espulsione. Tuttavia, quando la ragazza finisce in pericolo per via di un attacco di XANA, Odd decide comunque di salvarla.

Di ritorno da una missione, Ulrich, Yumi e Odd cadono vittime di una trappola di XANA che, assunte le sembianze di Jeremy, li rinchiude a loro insaputa in una bolla virtuale che riproduce fedelmente il collegio facendo loro credere di essere tornati nel mondo reale. Il vero Jeremy non ha quindi altra scelta che entrare a sua volta in Lyoko per tentare di salvare i suoi amici.

Jeremy riesce a terminare il programma di virtualizzazione per Aelita. Il giorno prescelto per metterlo in funzione, però, il ragazzo si storce una caviglia a causa di Jim, che lo fa cadere per sbaglio dalle scale. Jim viene quindi licenziato, ma Jeremy, che ha bisogno di lui per tornare alla fabbrica, promette di toglierlo dai guai in cambio del suo aiuto. Jim porta quindi Jeremy alla fabbrica, dove assiste assieme agli altri alla materializzazione di Aelita.

Aelita viene presentata alla classe come cugina di Odd, e sembra che finalmente le avventure dei ragazzi su Lyoko siano giunte alla fine. Sennonché, quando Jeremy e gli altri cercano di spegnere il supercomputer, Aelita ha uno svenimento, e si scopre così che XANA è riuscito a legarla a sé, cosicché la sua morte comporterebbe anche quella di Aelita. Di lì a poco, sfruttando uno scanner difettoso, XANA lancia i suoi mostri direttamente contro il collegio.