Muv-Luv ATE全名为《Muv-Luv Alternative Total eclipse 》，全集动画片改编自《Muv-Luv Alternative》的外传小说。故事的时间设定在西元2001年，由于人类遭到地球外起源种(联合国称其为BETA)的侵略，正面临灭亡的危机，因此人类开始了先进战术机技术开发计划“XFJ计划”，各个国家均派遣了专门人员参与其中，该作讲述的就是这些被派遣过来的人员之间的故事。（有虫子吃掉妹纸情节,反差极大,请谨慎观看.）
安昙小太郎（千叶翔也 配音）出生在一个传统的日本家庭之中，个性细腻而又温厚的他自幼喜欢读书，暗中希望能够成为一名作家，总而言之是班级中并不起眼的存在。水野茜（小原好美 配音）是田径部的种子选手，个性开朗活泼全身上下散发着积极的光芒。这样性格迥异的两人，其生命轨迹被命运推动着联系到了一起。成熟稳重，可靠正直的比良拓海（田丸笃志 配音）、温柔坦诚，深受朋友们喜爱的西尾千夏（村川梨衣 配音）、严格谨慎，对男生敬而远之的泷泽葵（白石晴香 配音）、古灵精怪，令人捉摸不透的山科浪漫（笔村荣心 配音），在洋溢着青春气息的校园之中，属于他们的乐章正在谱写。
大空遥（优木加奈 配音）是一个个性活泼开朗的女生，却因为自己个子太高走在人群中过于扎眼而时常感到缺乏自信。原本居住生活在东京的她来到了临近大海阳光灿烂的冲绳，进入那里的高中就读，在冲绳，遥和表妹比嘉比方（宫下早纪 配音）重逢了。在比方的影响下，遥开始接触沙滩排球，令遥感到自卑的身高，在这项运动里却成为了她的优势。个性大大咧咧不拘小节的红爱（种崎敦美 配音）、凡事都十分认真一板一眼的惠美理（末柄里恵 配音），通过这项运动，遥结识了一帮志同道合的好友们，在金黄的沙滩上和蔚蓝的大海边，女孩子们尽情的挥洒着她们的汗水。
很久很久以前，户山香澄（寺川爱美 配音）曾经在仰望星空之时感受到了胸中喷涌而出的激烈情感，之后许久，香澄都试图重新找回这种悸动的感觉，可惜无果。某一体，在一家旧货商店里，香澄看到了一把吉他，那一瞬间，胸中鼓动起了熟悉的悸动，带着这把吉他，香澄决定走上音乐道路。从小就以成为一名吉他手为目标的花园妙（大冢纱英 配音）、个性畏畏缩缩却因为演奏贝斯而逐渐找到了自信的牛込里美（西本梨美 配音）、细心体贴温柔稳重的鼓手山吹沙绫（大桥彩香 配音）、个性封闭但智商超高的家里蹲键盘手市谷有咲（伊藤彩沙 配音），少女们聚在一起，亲手演奏出了梦的乐章。
