虚拟歌手（Virtual Singer），指通过歌声合成软件生成声音并拥有二次元虚拟形象的歌手，属于虚拟偶像类别。其制作依赖于编辑器与音源库的组合，中文圈主要分为VOCALOID（V家）、UTAU（U家）、袅袅（袅家）、MUTA和Sharpkey五大引擎家族。VOCALOID由日本雅马哈公司开发，通过采集人类声音样本制作声库，同一歌手可拥有不同语言版本声库（如洛天依含中、日文声库）。虚拟歌手具备二次元角色设定，包括形象、公式服、应援色及性格等特征，代表角色有初音未来、镜音双子、巡音流歌及洛天依等。
人们熟悉的虚拟歌手，多来自“VOCALOID家族”。VOCALOID是一个人造词，是由vocal（歌唱的，声音的）与后缀-oid（似…的，…状的）组合而来，意指“能唱歌的东西”。这是日本Yamaha公司自主开发的一款电子歌声合成软件，输入音符和歌词，就可以合成贴近人类声音的歌声。
实现VOCALOID的运行，需要编辑器和声库两个部分。编辑器是用于输入和编辑人声以进行音乐合成的基本工具，已经推出第五代VOCALOID。声库（音源）则是通过采集不同人类的声音标本制作成的歌声资料库，不同声库的音色各有千秋。
一位虚拟歌手的“诞生”，通常由各代理公司以VOCALOID语音合成引擎为基础，进行制作和发售：制作方寻找合适的配音演员或歌手，按照特定方式完成各音节的录制，制作出测试声库，经过测试、修复，最终发行正式声库。同一歌手可以先后发行不同版本和语言的声库，如
洛天依同时拥有V3，V4的中文声库和V4的日文声库。
虚拟歌手的一大特色是鲜明的人物设定，包括角色形象、标准造型（公式服）、代表色（应援色）、年龄、性格等，具有典型的“二次元”属性。V家女性角色居多，常被称作“虚拟歌姬”，其中“歌姬”一词源于日语，是女性歌星的一种统称。