Faits:
A. A.X._, née en 1961, a travaillé pendant dix-huit ans en qualité de professeur de patinage artistique au service du Club S._ de Y._. Aussi longtemps qu'elle a exercé sa profession à l'air libre, elle n'a connu aucun problème et jouissait d'une bonne santé. A la fin de la saison 2001/2002, des travaux de couverture de la patinoire ont été entrepris. En septembre 2002, une dizaine de jours après la reprise de son activité à la patinoire nouvellement couverte, A.X._ a commencé à ressentir des vertiges et des nausées, puis une grande fatigue, une pesanteur au niveau des paupières et une irritation de la gorge. Ces symptômes disparaissaient presque lorsqu'elle était en congé ou travaillait à la patinoire couverte de ...; ils ressurgissaient au moment où elle reprenait son travail à la patinoire de Y._.
Dès octobre 2002, A.X._ a imputé ses problèmes à la machine à reconstituer la glace équipée d'un moteur à quatre temps alimenté à l'essence. Des mesures dans l'enceinte de la patinoire ont révélé la présence de monoxyde de carbone, dont le taux moyen a été estimé rétrospectivement à 25 ppm (mg/m3). Le 5 novembre 2002, la Commune de Y._ a remplacé la machine à essence par un modèle alimenté à l'électricité. Selon les mesures effectuées trois mois après, la teneur moyenne en monoxyde de carbone était descendue à 4 ppm; sur la base d'une expertise, il a été jugé que cette valeur avait été atteinte quatre jours déjà après l'arrêt de l'utilisation de la machine à essence.
Le 5 février 2003, le médecin traitant de A.X._ a posé le diagnostic d'intoxication au monoxyde de carbone et l'a mise en arrêt de travail. Cette dernière n'a depuis lors pratiquement plus exercé d'activité lucrative.
B. Le 9 novembre 2004, A.X._ a ouvert action en responsabilité pour les bâtiments et autres ouvrages (art. 58 CO) contre la Commune de Y._, concluant à ce que cette dernière soit condamnée à lui verser les sommes de 2'144 fr. et 1'752 fr. (remboursement de frais), 92'130 fr. (perte de gain jusqu'à la date de l'introduction de l'action) et 20'000 fr. (indemnité pour tort moral). La défenderesse a conclu au rejet de la demande.
A.X._ est décédée le 8 août 2007 des suites d'un cancer du sein. Ses parents et héritiers, H.X._ et F.X._, ont repris le procès. Leurs dernières conclusions portent sur la somme de 400'000 fr. avec intérêts à 5% dès le 9 novembre 2004.
Statuant en instance cantonale unique, la Cour civile I du Tribunal cantonal valaisan a rejeté la demande par jugement du 16 août 2010.
L'autorité cantonale a considéré en fait que le lien de causalité entre l'éventuelle concentration excessive de monoxyde de carbone et les symptômes de A.X._ n'était pas démontré. Il n'avait pas été procédé en temps utile à des examens précis pour déterminer son taux de carboxyhémoglobine. La suspicion d'une intoxication supposait une exposition significative à cette substance, à savoir huit heures quotidiennes à des valeurs comprises entre 30 et 40 ppm ou cinq heures à des valeurs de 50 ppm. Les deux experts judiciaires avaient retenu à tort une exposition de plus de cinq heures quotidiennes à raison de six jours par semaine, alors qu'elle était en réalité bien en-deçà de la durée susceptible d'expliquer les symptômes; il n'était de surcroît pas établi que les taux de monoxyde de carbone aient atteint les seuils requis. Le lien de causalité paraissait d'autant plus douteux que l'état de A.X._ s'était amélioré en décembre 2002 et janvier 2003, période où elle ne fréquentait pas la patinoire de Y._, mais s'était à nouveau dégradé lorsqu'elle avait repris son activité à cet endroit, ce alors que la machine à essence n'y était plus utilisée depuis environ trois mois et que la qualité de l'air avait été jugée satisfaisante par le Service de protection de l'environnement.
A titre subsidiaire, l'autorité cantonale a retenu que le dommage réclamé n'était pas établi et que la partie demanderesse avait renoncé à une indemnité pour tort moral.
C. Les demandeurs (ci-après: les recourants) ont formé un recours en matière civile au Tribunal fédéral, subsidiairement "un recours de droit constitutionnel". Dans le premier, ils concluent principalement à ce que la défenderesse (ci-après: l'intimée) soit condamnée à leur payer la somme de 400'000 fr. avec intérêts à 5% dès le 9 novembre 2004; dans le second, ils requièrent le renvoi de la cause à la cour cantonale pour nouveau jugement.
L'intimée conclut au rejet du recours.
L'autorité précédente se réfère aux motifs énoncés dans son jugement.

Considérant en droit:
1. Le jugement attaqué a été rendu par un tribunal supérieur statuant en instance unique dans une cause civile ayant une valeur litigieuse de 400'000 fr. La voie du recours en matière civile est dès lors ouverte (art. 72 al. 1, 74 al. 1, 75 al. 1 et 130 al. 2 LTF).
Les recourants forment en outre, à titre subsidiaire et sans autre explication, un recours qu'ils intitulent "recours de droit constitutionnel", dans lequel ils soulèvent des griefs d'ordre constitutionnel et concluent au renvoi de la cause. La loi ne connaît aucun recours portant une telle dénomination. A supposer que les recourants aient voulu déposer un recours constitutionnel subsidiaire (cf. art. 113 ss LTF), il faudrait constater que cette voie de droit, au contraire de l'ancien recours de droit public, implique de prendre des conclusions au fond, sous peine d'irrecevabilité (art. 117 et 107 al. 2 LTF; cf. <ref-ruling> consid. 1.3). Cela dit, avec l'entrée en vigueur de la LTF il y aura bientôt quatre ans, la double voie de recours de l'ancienne loi d'organisation judiciaire (OJ) a été abandonnée, principalement dans le but d'introduire un recours unifié dans le cadre duquel tous les griefs, y compris ceux d'ordre constitutionnel, pouvaient être invoqués. Dès lors que la voie du recours en matière civile est ouverte, celle du recours constitutionnel subsidiaire est de toute façon exclue (art. 113 LTF).
La méconnaissance ou méprise des recourants, respectivement de leur mandataire, ne porte au demeurant pas à conséquence. Tous les griefs articulés dans le mémoire seront examinés dans le cadre du recours en matière civile, sans égard à leur dénomination erronée (<ref-ruling> consid. 1.2). Pour le surplus, les recourants ont satisfait à l'exigence d'attaquer les différentes motivations indépendantes sur lesquelles repose la décision entreprise (<ref-ruling> consid. 2.2 p. 598).
2. Les recourants reprochent à l'autorité cantonale de n'avoir pas retenu un lien de causalité naturelle entre la concentration excessive de monoxyde de carbone dans la patinoire couverte de Y._ et les symptômes ayant entraîné l'incapacité de travail de A.X._; celle-ci aurait souffert de complications neuropsychologiques causées par une intoxication à cette substance.
Un tel grief relève du fait (<ref-ruling> consid. 4.4.2 p. 470).
2.1 Le Tribunal fédéral statue sur la base des faits établis par l'autorité précédente (art. 105 al. 1 LTF); en tant que cour suprême, il est instance de révision du droit (Message du 28 février 2001 concernant la révision totale de l'organisation judiciaire fédérale, FF 2001 4135 ch. 4.1.4.2 ad art. 92). Il peut toutefois rectifier ou compléter les faits s'ils ont été établis de façon manifestement inexacte, notion qui correspond à l'arbitraire, ou en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF, ce pour autant que la correction soit susceptible d'influer sur le sort de la cause (art. 97 al. 1 et 105 al. 2 LTF). Cette exception ne permet toutefois pas aux parties de rediscuter dans leurs mémoires les faits de la cause comme si elles plaidaient devant un juge d'appel. La partie recourante qui entend faire rectifier ou compléter un fait doit expliquer de manière circonstanciée en quoi les conditions pour le faire seraient réalisées; les exigences en matière de motivation correspondent à celles requises pour se plaindre d'une violation de l'interdiction constitutionnelle de l'arbitraire (cf. <ref-ruling> consid. 1.5; <ref-ruling> consid. 2). En matière d'appréciation des preuves et d'établissement des faits, il n'y a arbitraire que si le juge n'a manifestement pas compris le sens et la portée d'un moyen de preuve, si, sur la base des éléments recueillis, il a fait des déductions insoutenables, ou encore s'il a omis, sans raison sérieuse, de tenir compte d'un moyen important propre à modifier la décision attaquée (<ref-ruling> consid. 4.3; <ref-ruling> consid. 2.1).
Aucun fait nouveau ni preuve nouvelle ne peut être présenté dans un recours au Tribunal fédéral, sauf à résulter de la décision de l'autorité précédente (art. 99 al. 1 LTF). La règle selon laquelle le Tribunal fédéral est juge du droit et non du fait connaît une exception lorsque, selon les textes allemand et italien plus précis que la formulation française sur ce point, la décision même de l'autorité précédente donne matière à présenter des faits ou moyens de preuve nouveaux (der Entscheid der Vorinstanz dazu Anlass gibt; se ne dà motivo la decisione dell'autorità inferiore) ou, en d'autres termes, lorsque la décision de l'autorité précédente, pour la première fois, rend pertinents ces faits ou moyens de preuve. Ceux-ci peuvent se rapporter à la régularité de la procédure devant l'instance précédente (violation du droit d'être entendu lors de l'instruction), à la recevabilité du recours au Tribunal fédéral (date de notification de la décision attaquée), ou encore être destinés à contrer une argumentation de l'autorité précédente objectivement imprévisible pour les parties avant la réception de la décision (Message précité, FF 2001 4137 ch. 4.1.4.3).
2.2 Sous le titre "faits tenus pour établis par la partie demanderesse et recourante dans la procédure cantonale et fondés sur les actes du dossier", les recourants alignent, sur une dizaine de pages, nombre de faits en renvoyant au dossier cantonal et en réservant tous autres moyens de preuve. Cette énumération, qui fait suite à un exposé des "faits tenus pour établis par la Cour civile du Tribunal cantonal dans son jugement du 16 août 2010" et précède l'énonciation des "griefs", apparaît dépourvue de toute portée. Quoi qu'il en soit, un tel exposé de faits ne satisfait en aucune façon aux exigences formelles d'un grief de constatation de fait manifestement inexacte ou d'un grief de violation de l'interdiction constitutionnelle de l'arbitraire dans l'établissement des faits. Il n'y a donc pas à entrer en matière sur cette partie du recours.
Dans la suite de leur mémoire, les recourants reproduisent une lettre du 6 septembre 2010 écrite par le professeur V._, soit l'auteur d'une des expertises judiciaires dont les conclusions n'ont pas été suivies par l'autorité cantonale; dans cette lettre, le médecin répondait aux recourants qui lui avaient soumis le jugement attaqué en l'invitant à exprimer une position claire. L'avis de l'expert au sujet de l'appréciation de son rapport par l'autorité cantonale est un fait, respectivement un moyen de preuve nouveau, postérieur au jugement attaqué, et partant irrecevable. L'examen se limitera dès lors à la critique formulée sous le titre "griefs principaux", et pour autant que les griefs soient dirigés contre le jugement attaqué et non contre le jugement rendu dans la même affaire par l'autorité compétente en matière d'assurances sociales.
2.3 Les recourants reprochent à l'autorité cantonale d'avoir subordonné le diagnostic d'intoxication au monoxyde de carbone à des conditions impossibles à réaliser. Cette autorité aurait indûment accordé de l'importance au fait qu'il n'avait été procédé à aucune analyse du taux de carboxyhémoglobine de A.X._ ni à d'autres examens de type ophtalmique ou neurologique, alors que de telles analyses sont de toute façon dépourvues de valeur pronostique fiable. De même, l'autorité précédente aurait à tort mis en exergue le caractère non spécifique des symptômes ressentis par la professeur de patinage, dès lors que ce type d'intoxication ne présente précisément pas de signes caractéristiques.
L'autorité cantonale s'est expressément référée au passage de l'expertise du professeur V._ dans lequel celui-ci souligne la difficulté à poser le diagnostic d'intoxication au monoxyde de carbone à cause de l'absence de spécificité des symptômes. Par ailleurs, des résultats d'examens médicaux démontrant une intoxication à cette substance font défaut dans le cas d'espèce; les recourants ne soutiennent d'ailleurs pas le contraire.
2.4 Les recourants font grief à l'autorité cantonale d'avoir écarté le diagnostic d'intoxication posé par les deux experts pour le seul motif que ceux-ci se sont fondés sur une durée erronée d'exposition au monoxyde de carbone, soit une présence sur la glace de plus de cinq heures par jour, six jours par semaine. L'autorité intimée aurait fait une interprétation très personnelle et erronée des rapports d'expertise, extrayant certaines réponses de leur contexte et faisant ainsi abstraction du fait que le diagnostic reposait sur un ensemble d'indices.
2.4.1 L'expert V._ a notamment été invité à dire s'il était possible de savoir, sur la base du dossier médical, à quelle quantité de monoxyde de carbone A.X._ avait été exposée. La réponse contient en particulier le passage suivant: "Il faudrait donc postuler des taux de [monoxyde de carbone] dans l'enceinte de la patinoire entre 30 et 40 ppm sur 8 heures ou 50 ppm sur 5 heures pour expliquer l'apparition des symptômes rapportés par Mme A.X._". A la question suivante, relative au fait que les autres usagers, y compris les hockeyeurs, n'avaient pas eu de problèmes, l'expert a notamment répondu: "Pour un joueur de hockey, la durée de l'exposition est de l'ordre de 2 heures et cela 3 à 4 fois par semaine. (...) Mme A.X._ a donné 113.75 leçons durant le mois de septembre 2002 (...), ce qui correspond pour 6 jours par semaine à au moins 5 heures par jour sur la glace. Pour le mois d'octobre 2002, la présence sur glace a encore été supérieure, avec 153.5 leçons, soit pour 6 jours par semaine à au moins 6 1/2 h par jour (...). A ces valeurs il convient d'ajouter le temps de présence hors glace dans la patinoire."
L'expert W._ a également conclu à une haute vraisemblance d'intoxication notamment à cause de la vraisemblance de l'exposition à des taux supraliminaires de monoxyde de carbone. Cet expert disposait de l'expertise V._.
Selon l'autorité cantonale, l'expert V._ a fait une connexion entre la durée de l'exposition retenue et la vraisemblance du lien avec les symptômes apparus. Cette lecture de l'expertise ne prête pas à critique sous l'angle de l'arbitraire. Or, selon les constatations non contestées de l'autorité cantonale, la durée d'une leçon était de vingt minutes et non pas d'une heure comme admis par l'expert, si bien que le temps d'enseignement en septembre et octobre 2002 n'a été que d'environ 38 et 51 heures par mois, soit une moyenne de 1 heure 30 à 2 heures par jour si l'on ajoute les cours collectifs. En outre, le taux de monoxyde de carbone était de 25 ppm. Ces chiffres sont très loin de ceux que l'expert V._ estime susceptibles d'expliquer les symptômes de la défunte.
2.4.2 Il est donné acte aux recourants du fait que l'expert V._, interrogé sur le degré de probabilité du diagnostic d'intoxication au monoxyde de carbone, a répondu qu'il "[pouvait] être considéré comme hautement vraisemblable" sur la base de divers éléments, à savoir une symptomatologie aiguë et subaiguë compatible; une exposition hautement probable au monoxyde de carbone; une relation chronologique adéquate; des "déchallenges" et "rechallenges" (répétitions d'événements) multiples avec amélioration de la symptomatologie lors d'un éloignement momentané de la source; une amélioration progressive mais lente des troubles neuro-psychologiques après interruption de l'exposition; une absence d'autres causes identifiées pouvant expliquer le tableau clinique présenté; enfin, une description de cas similaires dans la littérature médicale. Dans ce passage de l'expertise, il n'est effectivement pas question de taux de monoxyde ni de durée d'exposition. Ces éléments ne sont évoqués que dans la réponse à la question suivante, où il était demandé s'il était possible de savoir à quelle quantité de monoxyde de carbone A.X._ avait été exposée. En appréciant l'expertise comme un tout, l'autorité cantonale n'est pas tombée dans l'arbitraire. Si l'expert retient qu'un certain taux de monoxyde de carbone et une certaine durée d'exposition, non atteints dans le cas à juger, sont nécessaires pour expliquer les symptômes compatibles avec une intoxication, il n'est pas insoutenable d'en tenir compte lors de l'interprétation des réponses données à d'autres questions telles que la probabilité d'une intoxication au monoxyde de carbone.
Pour ce qui est de l'expert W._, celle-ci a répondu par la négative à la question de savoir si le dossier de A.X._ permettait d'établir avec certitude des séquelles durables d'une intoxication au monoxyde de carbone, mais elle a ajouté: "Il s'agit de l'hypothèse diagnostique la plus plausible expliquant des symptômes cliniques non spécifiques en l'absence d'une ou plusieurs autres causes démontrées". Elle a encore précisé cette réponse dans un complément ultérieur en ce sens que l'hypothèse était hautement vraisemblable, notamment à cause de la vraisemblance de l'exposition à des taux supraliminaires de monoxyde de carbone. A la question de savoir si d'autres maladies évoquées étaient susceptibles d'engendrer les symptômes décrits avec la même probabilité, elle a répondu qu'on ne pouvait pas l'admettre "avec la même probabilité", même si ces atteintes suspectées chez A.X._ pouvaient l'avoir sensibilisée aux effets d'une ou plusieurs substances irritantes et toxiques.
2.4.3 Enfin, l'autorité cantonale a encore vu un indice de l'absence d'intoxication dans le fait que l'état de santé de A.X._ s'était dégradé lors de la reprise des cours à Y._ à fin janvier 2003, à une période où la machine produisant le monoxyde de carbone n'était plus utilisée depuis trois mois et où la qualité de l'air était satisfaisante. Les recourants objectent que la toxicité du monoxyde de carbone peut s'exprimer par une symptomatologie chronique et un syndrome "post-intervallaire" survenant après une récupération initiale complète. Quand bien même ce phénomène serait avéré au niveau médical, comme cherchent à le démontrer les références des recourants à des ouvrages scientifiques, cela ne signifierait pas encore qu'il soit nécessairement l'explication du changement d'état observé à fin janvier 2003. On ne saurait donc soutenir que l'autorité cantonale a violé l'interdiction constitutionnelle de l'arbitraire en retenant un indice supplémentaire en défaveur d'un lien de causalité.
2.4.4 Le lien de causalité naturelle entre le fait dommageable et le dommage doit être prouvé par le lésé. Une preuve stricte et absolue n'étant souvent pas possible à rapporter, le juge doit se satisfaire de la certitude qu'on peut raisonnablement exiger selon le cours ordinaire des choses et l'expérience de la vie. Le degré de preuve requis se limite alors à la vraisemblance prépondérante, comme l'autorité cantonale l'a retenu à bon escient. La possibilité que les choses se soient déroulées différemment n'exclut pas la vraisemblance prépondérante, mais cette possibilité ne doit pas revêtir une importance significative, ni entrer raisonnablement en considération. En revanche, une simple vraisemblance est insuffisante. Il ne suffit donc pas que certains éléments parlent en faveur de l'existence d'un fait; s'il est possible qu'il ne se soit pas produit, la preuve de la vraisemblance prépondérante n'est pas apportée (<ref-ruling> consid. 4.2.2; <ref-ruling> consid. 3.2; <ref-ruling> consid. 3.3).
En l'espèce, les deux experts judiciaires ont certes tenu pour "hautement vraisemblable" une intoxication au monoxyde de carbone comme cause des symptômes ayant entraîné l'incapacité de travail de A.X._. Mais l'expert V._, qui a estimé le taux de monoxyde de carbone et la durée d'exposition nécessaires pour expliquer les symptômes constatés, a retenu, à tort, que ces conditions étaient remplies dans le cas d'espèce. Quant à l'expert W._, elle s'est semble-t-il aussi fondée sur ces données, en tout cas pour partie; sur la base du dossier mis à sa disposition - comprenant le rapport du premier expert -, elle a évoqué, entre autres, des taux "vraisemblablement inhabituellement élevés" de monoxyde de carbone. Pour le surplus, ce dernier expert a retenu l'hypothèse d'une intoxication comme la plus probable à défaut d'autre cause démontrée, considérant que d'autres atteintes suspectées chez A.X._ ne pouvaient pas être retenues avec la même probabilité comme causes des symptômes. Au défaut d'exposition suffisamment prolongée à la substance nocive s'ajoute encore la réapparition des symptômes lors de la reprise du travail à Y._, à une époque où la machine émettant le monoxyde de carbone n'était plus utilisée. Dans ces circonstances, la conclusion de l'autorité cantonale selon laquelle le lien de causalité naturelle n'est pas démontré n'est pas arbitraire dans son résultat; il était soutenable de constater l'échec des recourants à établir qu'une intoxication au monoxyde de carbone était, selon une vraisemblance prépondérante, la cause des symptômes.
2.5 C'est ainsi à tort que les recourants reprochent à l'autorité cantonale d'avoir jugé que la preuve de la causalité naturelle n'avait pas été apportée. Le grief est infondé.
3. Faute de lien de causalité établi entre l'exposition de A.X._ au monoxyde de carbone et les symptômes ayant conduit à son incapacité de travail, l'action ne peut qu'être rejetée. Les autres griefs soulevés par les recourants se rapportant au dommage et au tort moral sont dès lors sans objet.
Les recourants, qui succombent, supportent les frais judiciaires et les dépens de l'intimée, solidairement entre eux (art. 66 al. 1 et 5 LTF, art. 68 al. 1 et 4 LTF). Au vu du caractère très succinct de la réponse de l'intimée, l'indemnité sera réduite.

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté dans la mesure où il est recevable.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 7'000 fr., sont mis solidairement à la charge des recourants.
3. Les recourants sont condamnés solidairement à verser à l'intimée une indemnité de 3'000 fr. à titre de dépens.
4. Le présent arrêt est communiqué aux mandataires des parties et à la Cour civile I du Tribunal cantonal du canton du Valais.
Lausanne, le 1er décembre 2010
Au nom de la Ire Cour de droit civil
du Tribunal fédéral suisse
La Présidente: La Greffière:
Klett Monti