В 1967 году инопланетные силы уничтожили космическую команду на Луне и захватили их корабль. Впоследствии эти существа, обозначенные как BETA, начали вторжение на Землю с целью порабощения человечества. Многие страны оказались под контролем захватчиков, однако Японии удалось организовать оборону и сохранить независимость своей территории. В этих условиях на фронт отправляется Юи, девушка из рода самураев, которой предстоит участвовать в боевых действиях против инопланетных форм жизни. В ходе войны её психика претерпевает изменения, но в этом хаосе она находит союзника в лице другого солдата по имени Юе.

Сюжетная арка Alternative начинается с того, что главный герой Такеру просыпается в своей комнате спустя три года после событий Muv-Luv Unlimited. Осознавая, что был перенесён в прошлое, к моменту начала предыдущей хронологии, он воспринимает свой опыт как длительный сон. Такеру отказывается поддерживать план под названием Альтернатива V и принимает решение помочь профессору Кодзуки в реализации проекта Альтернатива IV, целью которого является спасение человечества от угрозы BETA. Второй сезон проекта, анонсированный к выходу в октябре 2022 года, продолжает развитие данной сюжетной линии.