2.1 La première question à résoudre - qui touche à la validité du congé - est de savoir qui, de X. SA ou de Y. AG, était habilité à résilier le contrat de sous-location. Cette question a trait à la légitimation, laquelle relève du droit matériel (ATF 138 III 213 consid. 2.3 p. 216, ATF 138 III 537 consid. 2.2.1 p. 540), puisqu'il s'agit de déterminer qui était le sous-bailleur au moment de la résiliation.

2.1.1 Il faut tout d'abord observer que le bail principal, conclu initialement entre la société propriétaire et Y. AG, a fait l'objet d'un transfert de bail en faveur de X. SA avec effet dès le 1^er mars 2009.

Selon l'art. 263 al. 1 CO, le locataire d'un local commercial peut transférer son bail à un tiers avec le consentement écrit du bailleur. Ce dernier ne peut refuser son consentement que pour de justes motifs (art. 263 al. 2 CO). Si le bailleur donne son consentement, le tiers est subrogé au locataire (art. 263 al. 3 CO).

Le transfert de bail se présente donc comme un contrat conclu entre le locataire initial et le locataire reprenant à l'effet d'opérer un changement de locataire. Le transfert du bail opérant une substitution de locataire, il a pour résultat de modifier fondamentalement le rapport contractuel initial, de sorte qu'on ne saurait concevoir qu'il intervienne à l'insu du bailleur; le consentement du bailleur, qui doit être donné sous la forme écrite, est une condition suspensive du transfert (ATF 125 III 226 consid. 2b p. 228).

En cas de transfert de bail valable, le locataire reprenant prend la place du locataire précédent dans le rapport contractuel (ROGER WEBER, in Basler Kommentar, Obligationenrecht, vol. I, 5^e éd. 2011, n° 6 ad art. 263 CO; PETER HIGI, Zürcher Kommentar, 4^e éd. 1994, n° 44 ad art. 263 CO; DAVID LACHAT, Le bail à loyer, 2008, p. 588 ch. 3.4.1).

En l'espèce, il a été constaté en fait - d'une manière qui lie le Tribunal fédéral (art. 105 al. 1 LTF) - qu'un accord est intervenu à ce sujet entre Y. AG et X. SA et que le bailleur principal y a consenti expressément dans l'acte. Il convient d'en déduire, en application de l'art. 263 al. 1 CO, que X. SA est devenue la locataire dans le cadre du bail principal dès le 1^er mars 2009.

On observera que l'art. 263 CO n'exige nullement, pour que le transfert de bail soit valable, l'accord d'un éventuel sous-locataire. D'ailleurs, le transfert de bail n'opère ses effets qu'entre les parties au contrat de bail et n'a en principe pas d'effet sur les obligations que celles-ci ont pu contracter à l'égard de tiers (RICHARD BARBEY, Le transfert du bail commercial, SJ 1992 p. 48; contra: LACHAT, op. cit., p. 588 ibidem).

2.1.2 La sous-location est un contrat par lequel le locataire cède, moyennant le paiement d'un loyer, l'usage de la chose louée à un tiers (le sous-locataire) avec le consentement du bailleur (art. 262 al. 1 CO). Le bailleur ne peut refuser son consentement que dans les hypothèses visées par l'art. 262 al. 2 CO.

La sous-location est un contrat de bail à part entière, distinct du bail principal, soumis en principe aux règles des art. 253 ss CO (WEBER, op. cit., n° 9 ad art. 262 CO; HIGI, op. cit., n° 9 ad art. 262 CO; LACHAT, op. cit., p. 566 ch. 2.1; Le droit suisse du bail à loyer [ci-après: Commentaire], adaptation française par Burkhalter/Martinez-Favre, 2011, n° 37 ad art. 262 CO).

S'il est vrai que la sous-location constitue un bail en soi distinct du bail principal, il n'en est pas totalement indépendant. Dans un contrat de bail, le bailleur s'engage à céder l'usage de la chose (art. 253 CO), ce qui suppose qu'il soit lui-même titulaire de ce droit d'usage. Dans le cas d'une sous-location, il est évident que le sous-bailleur ne peut pas transférer plus de droits qu'il n'en a lui-même. Si le bail principal s'éteint, le sous-bailleur se trouve dans l'impossibilité de fournir sa prestation au sous-locataire. Dès lors que le droit d'usage ne lui est plus valablement cédé (personne ne peut céder plus de droits qu'il n'en possède), le sous-locataire doit restituer la chose. Il pourrait, sinon, faire l'objet d'une demande d'expulsion (Commentaire, op. cit., n° 7 ad art. 273b CO;LACHAT, op. cit., p. 580). L'art. 273b al. 1 CO précise d'ailleurs que la sous-location ne peut pas être prolongée au-delà du bail principal. Si le sous-locataire doit ainsi restituer la chose avant l'expiration du contrat de sous-location, il peut, le cas échéant, demander des dommages-intérêts au sous-bailleur pour inexécution partielle du contrat (art. 97 CO) (HIGI, op. cit., n^os 19 et 27 ad art. 262 CO; Commentaire, op. cit., n° 7 in fine ad art. 273b CO; LACHAT, op. cit., p. 578 ch. 2.3.9).

2.1.3 En l'espèce, il résulte des constatations cantonales - qui lient le Tribunal fédéral (art. 105 al. 1 LTF) - qu'un contrat de sous-location a existé, au sujet de ce local de 32 m², entre les recourants et Y. AG.

A la suite du transfert du bail principal, Y. AG a perdu tout droit d'usage sur ce local dès le 1^er mars 2009.

Les recourants n'ont cependant pas quitté les lieux; ils ont continué de se comporter comme s'ils étaient titulaires du droit d'usage, payant régulièrement le loyer. Quant au nouveau locataire principal (X. SA), il a montré, en notifiant un avis de résiliation, qu'il se considérait comme lié aux recourants par un contrat de bail. Lorsque les recourants ont été clairement sommés de payer désormais le loyer en mains de X. SA, ils l'ont accepté. Il faut en déduire qu'un nouveau contrat de sous-location a bien été conclu entre les recourants et X. SA.

On peut cependant hésiter sur le moment où ce nouveau contrat a été conclu. Il est vrai que les recourants n'ont accepté que de mauvaise grâce le changement de sous-bailleur. S'il fallait admettre que cette acceptation n'est intervenue, par actes concluants, qu'au moment du paiement du loyer en mains de X. SA, on se trouverait dans une situation où la résiliation serait intervenue avant que le bail ne soit conclu. Il faudrait alors constater que les recourants ont occupé le local sans droit entre le 1^er mars 2009 et le moment du premier paiement en mains de X. SA. Une telle interprétation de la situation ne correspondrait manifestement pas à la volonté des parties. En effet, X. SA, en envoyant un avis de résiliation, montrait qu'elle se considérait comme liée aux recourants par un contrat de sous-location; quant aux recourants, ils se sont toujours considérés comme titulaires du droit d'usage, payant régulièrement leur loyer, et non pas comme des occupants illicites. Même si l'on voulait retenir le contraire, il faudrait constater que les recourants, lorsqu'ils ont payé le loyer directement en mains de X. SA, n'ont pu accepter (par actes concluants) que l'offre qui leur était présentée à ce moment-là. Or X. SA avait clairement manifesté la volonté, en envoyant l'avis de résiliation, de mettre un terme à la sous-location au 31 janvier 2010. La société n'est jamais revenue sur cette prise de position. En conséquence, les recourants n'auraient alors pu conclure qu'un contrat de sous-location grevé d'une résiliation litigieuse. On ne voit dès lors pas ce que cette construction juridique compliquée pourrait changer à la situation des recourants.

2.1.4 Il sied de déduire de ce qui précède que Y. AG, au moment de la résiliation intervenue le 22 octobre 2009, avait déjà perdu le droit d'usage sur la chose à la suite du transfert de bail prenant effet le 1^er mars 2009. Elle n'était donc plus en mesure de céder ce droit d'usage, alors que manifestement - les recourants restant dans les locaux et continuant de payer un loyer - un nouveau rapport contractuel était né (ou en voie de naître) entre les recourants et le nouveau locataire principal. C'est ainsi à la suite d'une mauvaise appréciation de la situation juridique que Y. AG, qui ne cédait déjà plus l'usage de la chose depuis plusieurs mois, s'est considérée comme sous-bailleresse. La résiliation qu'elle a donnée ne peut avoir aucun effet juridique sur le nouveau contrat conclu entre des tiers, à savoir les recourants et X. SA.

2.1.5 En revanche, il sied d'admettre que X. SA, qui avait juridiquement le droit d'usage sur la chose, pouvait le céder, dès le 1^er mars 2009, aux recourants, lesquels se prévalaient d'ailleurs d'une cession d'usage en leur faveur. Il faut en inférer que le congé donné sur formule officielle par X. SA n'est affecté d'aucune cause de nullité.

2.1.6 Les recourants évoquent encore la nullité d'un congé partiel (sur cette notion: cf. LACHAT, op. cit., p. 642 s.; MARINO MONTINI, in Droit du bail à loyer, Bohnet/Montini [éd.], 2010, n^os 43 et 44 ad art. 266o CO). Il ressort cependant des constatations cantonales - au sujet desquelles l'arbitraire n'est pas invoqué - que ce local de 32 m² constitue la seule chose louée entre les parties, ce qui exclut d'emblée l'existence d'un congé partiel.