Faits: A. A fin 1985, Y._ a pris en location un appartement de quatre pièces situé dans un immeuble à Lausanne, dont A._, B._ et C._ ont acquis la propriété par la suite. Par avenant au contrat de bail, Y._ et X._ sont devenues colocataires de l'appartement dès le 1er avril 2003. Depuis le 1er octobre 1991, le loyer mensuel s'élève à 1'350 fr., dont 100 fr. d'acompte de chauffage et d'eau chaude. Au nom de divers locataires de l'immeuble dont X._, V._ a, au début 2006, contesté auprès de la gérance les décomptes de chauffage et d'eau chaude 2004/2005. Le litige a été réglé le 4 septembre 2006 dans le sens que le supplément demandé aux colocataires X._ et Y._ était réduit de moitié. Par courrier du 12 janvier 2007, V._ a informé la gérance que les deux colocataires contestaient le décompte 2005/2006 et suspendaient le paiement du supplément réclamé. Par formules officielles du 16 janvier 2007, A._, B._ et C._ (les bailleurs) ont résilié le bail avec effet au 30 septembre 2007. B. B.a Saisie par les colocataires, la Commission de conciliation en matière de baux à loyer du district de Lausanne a dit que les résiliations étaient valables et que le bail était prolongé de manière ultime et définitive jusqu'au 1er juillet 2009. X._ et Y._ ont alors ouvert action contre les bailleurs devant le Tribunal des baux du canton de Vaud, concluant à l'annulation du congé et, subsidiairement, à une prolongation du bail de quatre ans, soit jusqu'au 31 octobre 2011. Les bailleurs ont conclu au rejet de la requête des locataires. B.b Par lettre du 25 octobre 2007, les bailleurs ont invité X._ à cesser avec effet immédiat l'activité commerciale qu'elle exerçait dans l'appartement, faute de quoi le bail serait résilié. Ils relevaient avoir découvert que la colocataire faisait une exploitation commerciale de l'appartement destiné à l'habitation, car elle y avait domicilié la société W._ Sàrl dont le but social est la prestation de tout service et conseil technique, la fourniture de matériel dans le domaine graphique, la traduction de textes et l'interprétation simultanée, ainsi que l'assistance en matière de relations publiques. Ils ajoutaient que l'occupation des lieux par cette société était une sous-location à laquelle ils s'opposaient. Les colocataires ont répondu que X._ était l'unique employée de la société en cause, qui était la forme juridique choisie par elle pour exercer son activité professionnelle de traductrice indépendante. A leur sens, il ne s'agissait pas d'une sous-location. W._ Sàrl a payé un loyer de 9'000 fr. en 2003 et de 5'400 fr. par an en 2004, 2005 et 2006. Le 15 novembre 2007, les bailleurs ont imparti un dernier délai de cinq jours à X._ pour cesser toute activité commerciale dans les locaux loués et pour domicilier la société ailleurs. Par formules officielles du 13 décembre 2007, ils ont résilié le bail avec effet au 25 mars 2008. B.c X._ et Y._ ont à nouveau saisi la Commission de conciliation, laquelle a annulé la résiliation par décision du 19 mai 2008. Les bailleurs ont ouvert action devant le Tribunal des baux, demandant notamment que les résiliations du 13 décembre 2007 soient déclarées fondées et valables. Les colocataires ont conclu au rejet des conclusions des bailleurs. B.d Le Tribunal des baux a joint les deux procédures. Par jugement du 5 novembre 2008, il a annulé les résiliations ordinaires du 16 janvier 2007 et déclaré nulles les résiliations extraordinaires du 13 décembre 2007. Les bailleurs ont recouru contre ce jugement. Statuant le 21 octobre 2009, la Chambre des recours du Tribunal cantonal du canton de Vaud a rejeté le recours et confirmé le jugement rendu par le Tribunal des baux. C. A._, B._ et C._ interjettent un recours en matière civile. A titre principal, ils concluent à ce que, premièrement, les congés signifiés le 13 décembre 2007 pour le 25 mars 2007 (recte: 2008) soient déclarés valables, subsidiairement soient convertis en résiliations ordinaires avec effet au 30 avril 2007 (recte: 2008); deuxièmement, à ce que les congés signifiés le 16 janvier 2007 pour le 30 septembre 2007 soient déclarés valables. Ceci posé, les recourants demandent qu'ordre soit donné aux colocataires de vider l'appartement de tout son contenu, de le nettoyer et de le quitter au plus tard dans un délai de dix jours dès la notification de l'arrêt à intervenir. A titre subsidiaire, les bailleurs concluent à l'annulation de l'arrêt attaqué et au renvoi de la cause à la Chambre des recours. Les intimées proposent le rejet du recours.