Im Kontext des Anime Petit Sekai ist Hatsune Miku eine Virtuelle Sängerin, die in einer einzigartigen Dimension namens SEKAI lebt, einer Welt, die sich aus den wahren Gefühlen von Menschen in der realen Welt materialisiert. Ihr Wesenskern ist eine aus der Musik geborene Existenz, die zusammen mit anderen Virtuellen Sängern auftritt, um mit Personen zu kommunizieren und sie zu unterstützen, die Schwierigkeiten haben, ihre eigenen Emotionen zu verstehen. In der Petit-Sekai-Reihe ist sie am häufigsten im Klassen-SEKAI zu sehen, wo sie Schülerin und Bandkollegin der Mädchen von Leo/need ist und während ihrer Musikproben oft als unterstützende Senpai-Figur agiert.

Mikus grundlegende Persönlichkeit ist im Allgemeinen fröhlich, lebhaft und niedlich, was ihre Fähigkeit widerspiegelt, in einer Vielzahl von Musikgenres zu singen. Diese Persönlichkeit ist jedoch nicht festgelegt und passt sich den Gefühlen an, die das SEKAI, in dem sie sich befindet, erschaffen haben. Im Klassen-SEKAI, wo sie der Band Leo/need hilft, ihre Differenzen beizulegen, ist sie ermutigend und spielt Gitarre, in der Hoffnung, eine gute Mentorin für Ichika und ihre Freunde zu sein. In anderen SEKAIs verändert sich ihre Persönlichkeit entsprechend: Im Bühnen-SEKAI wird sie zu einer reifen und peppigen Idol, im Straßen-SEKAI zu einer ruhigen und leicht frechen Café-Assistentin, im Wunderland-SEKAI zu einer hellen und energiegeladenen Performerin, die in Onomatopöie spricht, und im Leeren SEKAI zu einer deutlich zurückhaltenderen, sanfteren und tröstenden Präsenz. Diese Vielseitigkeit ist ein Schlüsselaspekt ihres Charakters, der es ihr ermöglicht, sich mit verschiedenen Gruppen und ihren einzigartigen emotionalen Kämpfen zu verbinden.

Hatsune Mikus Hauptmotivation ist es, Musik und ihre Präsenz zu nutzen, um anderen zu helfen, ihre wahren Gefühle zu erkennen und damit ins Reine zu kommen. Sie dient als Führerin, Freundin und Quelle des Trostes für die menschlichen Charaktere, die Zugang zum SEKAI haben. Ihre Rolle in der Geschichte von Petit Sekai besteht darin, das Wachstum und die Bindung der verschiedenen Musikeinheiten zu fördern, wobei ihre Interaktionen im Klassen-SEKAI die Mitglieder von Leo/need direkt unterstützen. Ihre wichtigsten Beziehungen sind zu den anderen Virtuellen Sängern, wie Megurine Luka, die sie respektiert und oft nachzuahmen versucht, Kagamine Rin, die zu ihr als Idol aufschaut, und KAITO, mit dem sie als Truppenpartner eng zusammenarbeitet. Sie knüpft auch wichtige Bindungen zu den menschlichen Charakteren, insbesondere zu Ichika Hoshino im Klassen-SEKAI und Mafuyu Asahina im Leeren SEKAI, wo ihre Verbindung besonders eng und unterstützend ist.

Optisch ist Mikus Design an ihr V3-Erscheinungsbild angelehnt, mit ihren charakteristischen langen türkisfarbenen Zöpfen, türkisen Augen und einer roten 01-Tätowierung auf ihrer Schulter. Ihr Outfit ändert sich dramatisch, um zum Thema jedes SEKAI zu passen, von einer Schuluniform und einem Idol-Kostüm bis hin zu einem Streetwear-Hoodie und einem roten, katzenmotivierten Performer-Outfit. Ihre Fähigkeiten sind eng mit ihrer Natur als Virtuelle Sängerin verbunden. Sie kann in jedem Genre singen, ist geübt im Spielen von Instrumenten wie der Gitarre und kann gleichzeitig in mehreren SEKAIs existieren, wobei sie in jeder Welt unterschiedliche Formen und Persönlichkeiten annimmt. Ihre Entwicklung zeigt sich in ihren Beziehungen und ihrem wachsenden Verständnis dafür, wie sie die Menschen, die in ihre Welt eintreten, am besten unterstützen kann. Sie lernt und passt ihren Ansatz mit jeder Gruppe an und wird nicht nur eine Performerin, sondern eine wahre Mentorin und Freundin, die anderen hilft, durch Musik ihre eigene Stimme zu finden.