Faits:
A. Dès le 1er mai 1975, Z._ a pris à bail des locaux à usage d'un cabinet dentaire au quatrième étage de l'immeuble sis à la Place ..., à Neuchâtel. Deux contrats ont été signés. Le second, qui commençait à courir le 1er mai 1995 et devait se terminer le 30 avril 2005, était renouvelable tacitement pour une durée indéterminée; il pouvait être résilié par chaque partie douze mois à l'avance pour le terme de son échéance.
Dans le même immeuble, des locaux commerciaux ont été pris à bail, dès le 1er janvier 1997, par Y._ SA, qui a conclu dans un premier temps un « contrat de location de magasin », puis un contrat de bail à loyer pour locaux commerciaux
La bailleresse était la société A._ SA, puis à la suite de la vente de l'immeuble en 2003, X._ AG.
Par formules officielles datées du 29 novembre 2007, les baux ont été résiliés, pour le 30 avril 2010 en ce qui concerne Z._ et pour le 28 février 2010 en ce qui concerne Y._ SA. La bailleresse a motivé les congés en raison « d'une rénovation entière de toute la maison Rue ..., Place ..., 2000 Neuchâtel ».
Dans l'immeuble voisin, à la rue ..., Y._ SA sous-louait des locaux à X._ AG, respectivement à B._ AG. Ces derniers, en qualité de locataires principaux potentiels, ont résilié le bail les liant au bailleur principal pour le 28 février 2010.
B. Saisie par Z._ et Y._ SA, l'autorité régionale de conciliation de Neuchâtel a, par décision du 27 juin 2008, annulé les congés qui leur ont été signifiés.
Dans le délai utile de 30 jours, la bailleresse a saisi le Tribunal civil du district de Neuchâtel, qui a, par jugement du 22 janvier 2009, annulé les congés datés du 29 novembre 2007.
Statuant le 4 août 2009, la Cour de cassation civile du Tribunal cantonal neuchâtelois a rejeté le recours interjeté par la bailleresse à l'encontre du jugement de première instance.
Les motifs de cet arrêt seront repris ci-dessous dans la mesure utile.
C. La bailleresse exerce contre cet arrêt un recours en matière civile au Tribunal fédéral. Invoquant une violation des art. 260 et 271 CO et 8 CC, elle requiert principalement qu'il soit dit que les congés contestés sont valables, sous suite de frais et dépens. A titre subsidiaire, elle demande l'annulation de l'arrêt cantonal et le renvoi de la cause devant les précédentes instances pour décision sur une éventuelle prolongation des baux et sur les frais et dépens.
Les intimés concluent au rejet du recours.

Considérant en droit:
1. 1.1 La valeur litigieuse est déterminée, en cas de recours contre une décision finale, par les conclusions restées litigieuses devant l'autorité précédente (<ref-law>). En l'espèce, la conclusion principale prise devant la Cour de cassation civile du Tribunal cantonal neuchâtelois portait sur la validité des congés donnés le 29 novembre 2007 relatifs aux contrats de bail à loyer liant la recourante aux intimés. En raison du délai de protection prévu par l'art. 271a al. 1 let. e CO, la valeur litigieuse, en cas de contestation d'un congé, s'élève au moins à trois ans de loyer (arrêt 4C.155/2000 du 30 août 2000 consid. 1a, publié in SJ 2001 I p. 17; <ref-ruling> consid. 1 p. 149; <ref-ruling> consid. 1 p. 386). Il en résulte que la valeur litigieuse minimale de 15'000 fr. requise en matière de droit du bail (<ref-law>) est ici atteinte, puisque le seul loyer mensuel convenu dans le contrat de bail à loyer pour locaux commerciaux signé par l'un des deux intimés s'élève à 17'667 fr. déjà.
1.2 Interjeté par la partie qui a succombé dans ses conclusions en validation du congé (<ref-law>) et dirigé contre un arrêt final (<ref-law>) rendu en matière civile (<ref-law>) par une autorité cantonale de dernière instance (<ref-law>), le recours est en principe recevable, puisqu'il a été déposé dans le délai (art. 46 al. 1 let. b et 100 al. 1 LTF) et la forme (<ref-law>) prévus par la loi.
1.3 Le recours peut être interjeté pour violation du droit, tel qu'il est délimité par les art. 95 et 96 LTF. Le Tribunal fédéral applique le droit d'office (<ref-law>). Il n'est donc limité ni par les arguments soulevés dans le recours, ni par la motivation retenue par l'autorité précédente; il peut admettre un recours pour un autre motif que ceux qui ont été invoqués et il peut rejeter un recours en adoptant une argumentation différente de celle de l'autorité précédente (<ref-ruling> consid. 1.4 p. 400; <ref-ruling> consid. 1.1 p. 104). Compte tenu de l'exigence de motivation contenue à l'art. 42 al. 1 et 2 LTF, sous peine d'irrecevabilité (<ref-law>), le Tribunal fédéral n'examine en principe que les griefs invoqués; il n'est pas tenu de traiter, comme le ferait une autorité de première instance, toutes les questions juridiques qui se posent, lorsque celles-ci ne sont plus discutées devant lui (<ref-ruling> consid. 1.4 p. 400; <ref-ruling> consid. 1.1 p. 105). Par exception au principe selon lequel il applique le droit d'office, il ne peut entrer en matière sur la violation d'un droit constitutionnel ou sur une question relevant du droit cantonal ou intercantonal que si le grief a été invoqué et motivé de manière précise par la partie recourante (<ref-law>).
1.4 Le Tribunal fédéral conduit son raisonnement juridique sur la base des faits établis par l'autorité précédente (<ref-law>). La partie recourante ne peut critiquer ceux-ci que s'ils ont été constatés de façon manifestement inexacte - notion qui correspond à celle d'arbitraire au sens de l'art. 9 Cst. (<ref-ruling> consid. 8.1 p. 153; <ref-ruling> consid. 1.5 p. 130) - ou en violation du droit au sens de l'<ref-law> (<ref-law>), ce qu'il lui appartient d'expliquer et de démontrer de manière claire et circonstanciée. La correction du vice doit en outre être susceptible d'influer sur le sort de la cause (<ref-law>). Aucun fait nouveau ni preuve nouvelle ne peut être présenté à moins de résulter de la décision de l'autorité précédente (<ref-law>).
1.5 Le Tribunal fédéral ne peut aller au-delà des conclusions des parties (<ref-law>). Toute conclusion nouvelle est irrecevable (<ref-law>).
2. Sous l'intitulé « Bref rappel des faits », la recourante expose sa propre version des faits de la cause, en énumérant à leur appui un certain nombre de moyens de preuve. A aucun moment, elle ne prétend toutefois que ces faits ont été constatés de manière arbitraire ou en violation du droit au sens de l'<ref-law>. Rien ne justifie donc de s'écarter de l'état de fait cantonal.
3. La recourante dénonce une violation du droit fédéral, en particulier une violation des art. 260 et 271 CO et de l'<ref-law>.
3.1 L'autorité cantonale a confirmé le jugement de première instance et admis le caractère abusif du congé signifié aux locataires intimés. Elle a fondé son raisonnement sur le fait que le projet de rénovation et d'assainissement de l'immeuble n'est pas arrivé à maturité et ne présente pas de réalité tangible. A défaut d'un dossier de soumission et d'une demande de permis de construire, les magistrats ont retenu qu'il est impossible d'apprécier l'importance des travaux envisagés et de déterminer si ceux-ci nécessitent, pour être accomplis efficacement et avantageusement par la recourante, que le bâtiment soit vidé de ses locataires.
L'<ref-law>, dénoncé par la bailleresse, ne règle pas l'admissibilité d'un congé donné en vue de travaux de transformation, respectivement de rénovation à venir (<ref-ruling> consid. 3.3.5 p. 118 s.). C'est donc à bon droit que l'autorité cantonale n'a pas tranché la question de la validité des congés litigieux au regard de l'<ref-law> et qu'elle a fait application de l'<ref-law>.
L'<ref-law>, dénoncé par la bailleresse, ne règle pas l'admissibilité d'un congé donné en vue de travaux de transformation, respectivement de rénovation à venir (<ref-ruling> consid. 3.3.5 p. 118 s.). C'est donc à bon droit que l'autorité cantonale n'a pas tranché la question de la validité des congés litigieux au regard de l'<ref-law> et qu'elle a fait application de l'<ref-law>.
3.2 3.2.1 Aux termes de l'<ref-law>, le congé est annulable lorsqu'il contrevient aux règles de la bonne foi. Cette disposition protège le locataire, notamment, contre le congé purement chicanier qui ne répond à aucun intérêt objectif, sérieux et digne de protection, et dont le motif n'est qu'un prétexte (<ref-ruling> consid. 4.1 p. 119; <ref-ruling> consid. 4a p. 32). L'intérêt du bailleur doit au demeurant être effectif (arrêt 4A_583 du 23 mars 2009 consid. 4.1).
Le motif d'un congé relève de la constatation des faits (<ref-ruling> consid. 2b p. 486; arrêt 4C.61/2005 du 27 mai 2005 consid. 4.1, SJ 2006 I 34 p. 35).
Selon la jurisprudence du Tribunal fédéral, même si le fardeau de la preuve d'un congé contraire aux règles de la bonne foi incombe au destinataire du congé, la partie qui résilie a le devoir de contribuer loyalement à la manifestation de la vérité en fournissant tous les éléments en sa possession nécessaires à la vérification du motif qu'elle invoque. Celui qui donne le congé doit ainsi au moins rendre vraisemblable les motifs du congé (<ref-ruling> consid. 4.1 p. 119 et les références citées).
3.2.2 La bailleresse a résilié les contrats de bail à loyer litigieux au motif « d'une rénovation entière de toute la maison Rue ..., Place ..., 2000 Neuchâtel ». Le congé donné parce que le bailleur envisage d'entreprendre de vastes travaux d'assainissement qui vont limiter considérablement la possibilité d'utiliser les locaux loués ne contrevient en principe pas aux règles de la bonne foi (<ref-ruling> consid. 4.2 p. 119 s.). Par contre, le bailleur ne saurait exercer son droit en l'absence d'un intérêt digne de protection et effectif. En l'espèce, il a été constaté en fait (<ref-law>) que le projet de la bailleresse d'entreprendre des travaux de rénovation importants n'est pas arrivé à maturité et, surtout, qu'il ne présente pas de réalité tangible. Les juges cantonaux ont par ailleurs relevé, sur la base des éléments de preuve à disposition, qu'il n'est pas possible d'apprécier l'importance des travaux envisagés et de déterminer si ceux-ci nécessitent que le bâtiment soit vidé de ses locataires. La recourante ne prétend pas et encore moins ne démontre que les constatations de fait de l'autorité cantonale seraient arbitraires ou établies en violation du droit (<ref-law>), de sorte qu'il n'y a pas lieu de s'en écarter. La question du rôle exercé par la non-constitution d'un dossier de soumission et l'absence d'une demande de permis de construire sur l'évaluation de l'importance des travaux de rénovation à entreprendre, qui relève de l'appréciation des preuves, n'a en particulier pas à être examinée, faute de tout grief d'arbitraire soulevé sur ce point (<ref-law>).
Dès lors que les juges neuchâtelois ont souverainement retenu que le projet énoncé par la bailleresse comme motif de résiliation ne correspondait pas à un projet concret et que la nature des travaux envisagés et l'entrave provoquée par ces derniers sur l'utilisation à venir des locaux loués n'a pas été établie, l'existence d'un intérêt effectif digne de protection sur lequel reposerait la résiliation fait défaut. L'annulation du congé en application de l'<ref-law> est par conséquent justifiée.
3.3 La cour cantonale est parvenue à se forger une conviction après s'être livrée à une appréciation des preuves apportées au cours de l'instruction. Dès lors, la répartition du fardeau de la preuve n'a plus d'objet (<ref-ruling> consid. 3.4 p. 634; <ref-ruling> consid. 2b/aa p. 277) et le grief de violation de l'<ref-law> tombe à faux.
3.4 S'agissant des locaux pris en sous-location par la société intimée à la rue ..., les premiers juges - sans que la cour cantonale n'y revienne - ont relevé que les actes de la cause ne permettaient pas de dire si une résiliation avait été signifiée au sous-locataire. Cela étant, le dernier grief soulevé par la recourante, qui consiste à soutenir que la résiliation du contrat de sous-location n'est pas abusive, ne peut être accueilli favorablement.
3.5 Au vu de ce qui précède, on ne peut reprocher aucune violation du droit fédéral à la cour cantonale.
4. Le recours se révèle privé de fondement, ce qui conduit à son rejet. A titre de partie qui succombe, son auteur doit acquitter l'émolument à percevoir par le Tribunal fédéral et les dépens auxquels les autres parties peuvent prétendre (art. 66 al. 1 et 68 al. 1 et 2 LTF).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté.
2. Les frais judiciaires, arrêtés à 8'000 fr., sont mis à la charge de la recourante.
3. La recourante versera aux intimés, solidairement entre eux, une indemnité de 9'000 fr. à titre de dépens.
4. Le présent arrêt est communiqué aux parties et au Tribunal cantonal du canton de Neuchâtel, Cour de cassation civile.
Lausanne, le 11 novembre 2009
Au nom de la Ire Cour de droit civil
du Tribunal fédéral suisse
La Présidente: La Greffière:
Klett Crittin