2001年10月22日，身為普通高中生的男主角白銀武一覺醒來，發現自己進入了一個平行世界。在這個平行世界裏，地球人數十年來都與帶有敵意的外星生命體BETA苦戰著；而他就置身於因此而荒廢的柊町（主角家鄉，位於日本橫濱）。在這個一切都改變了的世界重新出發的武加入了聯合國軍，並參與了對抗BETA的最後手段，拯救人類的“ALTERNATIVE4”計劃。為此他成為聯合國軍衛士（巨大人型兵器“戰術機”的駕駛員）並和夥伴們一起努力。但到了12月24日，人類放棄了最後的奮鬥而啟動了放棄地球的“ALTERNATIVE5”計劃。（到此為止是前作“Muv-Luv”UNLIMITED篇的劇情）而在此三年後，睡醒時發現再次置身於自家臥室的武，以為自己已經回到“原來的世界”，然而戶外的景象卻和三年前相同。日曆上的日期是2001年10月22日。武發現自己經過時間跳躍又一次來到了充滿戰亂的平行世界，而在此，他決定以唯一知道這個世界的未來的人類的身分，為了完成“ALTERNATIVE4”計劃而再次敲開聯合國軍橫濱基地的大門。再次被編入207實驗部隊的武，帶著3年之間的軍事經驗和未來的記憶，以及不輸給夥伴們的覺悟，再次迎向挑戰。時間隻剩下兩個月左右。究竟武是否能達到目的，人類又是否能戰勝BETA呢…