In The Real World : Miku et ses amis sont des chanteurs virtuels (Virtual Singer) que les producteurs du monde réel utilisent pour chanter et exprimer les chansons qu’ils créent. Vu que n’importe qui, n’importe où, peut écouter les chansons qu’ils chantent sous n’importe quelle forme de média, ils sont devenus si connus et aimés par tous. In "Sekai" : Les Virtual Singers existent sous différentes formes à travers chaque Sekai, chacun répondant aux souhaits de ceux qui essaient de découvrir leurs vrais sentiments. Ces Sekai sont là où les vrais sentiments de leurs créateurs prennnent une forme physique, y compris les Virtual Singers qui les aident à réaliser ces sentiments et à chanter avec eux. La "base" Piapro Virtual Singers Sekai est un champ ouvert contenant des fenêtres dans l’autre Sekai où ils peuvent surveiller les personnages humains et leurs prores homologues. L’existence de ce Sekai est mentionnée à certains points, mais elle est d’abord révélée dans le "Let Your Song Resonate Throughout SEKAI ! event story", lorsque d’autres versions des Virtual Singers y sont transportées. Dans les moments où les Virtual Singers parlent directement au joueur, ils apparaissent entre les mondes, bien que Miku soit également vu ici sans le joueur présent.

Les membres de Leo/need étaient des amis d’enfance qui jouaient de la musique ensemble. Cependant, leur relation est devenu tendue après un certain incident durant le collège. Quand Saki revient durant le lycée, le groupe se reforme avec l’aide des Virtual Singers. Un jour Ichika découvre une chanson nommé "Untitled" dans son téléphone. En la jouant, elle est téléportée au School SEKAI. Là-bas elle rencontre Hatsune Miku et Megurine Luka, qui l’accueillent dans le Sekai et l’invite à jouer avec eux, avec l’objectif de réunir l’ancien groupe encore et aider les filles à trouver leurs vrais sentiments.

Hanasato Minori a toujours rêvé de devenir une idole depuis qu’elle a vu Kiritani Haruka à la télévision. Après qu’Haruka se soit retiré du monde des idoles, les deux parviennent à devenir amies. Bientôt Minori réussit à la convaincre de redevenir une idole, formant ainsi MORE MORE JUMP ! avec Momoi Airi et Hinomori Shizuku. Durant un entrainement, le groupe découvre une chanson nommé "Untitled" dans leurs téléphones. En la jouant, elles sont transportées dans le Stage SEKAI. Elles y rencontrent Hatsune Miku et Kagamine Rin, qui performent en tant qu’idoles dans le Stage SEKAI.

Azusawa Kohane se perd dans les rues pendant qu’elle cherchait à acheter un CD pour sa mère, et tombe sur Shiraishi An et et d’autres musiciens avec elle se produisant dans les coulisses du Weekend Garage. Captivée par leurs chants, elle s’enfuit par timidité quand elle est confronté par An. Après être revenue une semaine plus tard, An se souvient toujours de Kohane et chante pour elle, l’invitant aussi à chanter. An réalise le potentiel de Kohane quand elle se met à chanter, l’invitant à former un groupe avec elle dans le but de surpasser un légendaire événement musical "RAD WEEKEND". Elle accepte, formant ainsi leur duo, Vivids. Elles sont aussi amené à rencontrer BAD DOGS, et Shinonome Akito et Aoyagi Toya, le même jour. Akito invite les filles à assister à un événement, ce qu’elles acceptent. Pendant qu’elle sélectionnait des musiques dans une playlist, Kohane découvre une chanson sans titre : "Untitled". Quand elle tente de télécharger la chanson, An et Kohane sont téléportées dans le Street SEKAI. Les filles sont accueillies par Hatsune Miku, suivie par MEIKO, venues enquêter dans la zone. Tandis qu’elles se reposaient au Crase Cafe et qu’on leur expliquaient leur situation, Kagamine Len débarque dans la conversation en se plaignant de Kagamine Rin. Au milieu de ces introductions, An réalise qu’elle a quitté le Weekend Garage sans prévenir personne, forçant ainsi la fin de leur temps ensemble. Kohane et An les remercient et quittent le Sekai.

Après avoir raté son audition, Tenma Tsukasa est convaincu par Otori Emu à l’aider à rendre au Pheonix Wonderland Stage sa gloire d’antan avec des performances incroyables. Les deux acteurs recrutent le metteur et roboticien Kamishiro Rui et la chanteuse timide Kusanagi Nene, avec sa réplique de robot Nene-Robo. Pendant qu’Emu essaye de convaincre Tsukasa de rejoindre la troupe Pheonix Wonderland, Tsukasa découvre une chanson nommée "Untitled" dans son téléphone. En la jouant, les deux sont téléportés dans le Wonderland SEKAI. Ils y rencontrent Hatsune Miku, KAITO, et des peluches avec qui ils performent.

Le cercle a été créé par K (Kanade) dans l’espoir de réaliser des musiques pouvant "sauver les gens" et pouvant leur redonner de l’espoir. Elle recrute Enanan (Ena), Amia (Mizuki) et Yuki (Mafuyu), communicant avec un tchat nommé "Nightcord". Tous les membres ignorent chacune leurs vraies noms et leurs apparences (hormis Ena, qui postent des selfies d’elles sur internet) jusqu’au chapitre 6 de l’histoire du groupe. Un jour, Kanade perd contact avec l’une des membres du groupe, qui est Yuki. Le reste des membres trouvent une chanson nommé "Untitled" dans leurs téléphones, et en la jouant, elles sont transportées dans le Empty SEKAI.