„Muv-Luv Alternative 2nd Season” to kontynuacja przygód Kadeta Takeru Shirogane, który dzięki technologii profesor Yuuko Kouzuki i psychicznym mocą Kasumi Yashiro, powraca do swojego oryginalnego świata. Głównym celem Takeru jest zakończenie projektu Alternative IV – ostatniej nadziei ludzkości w walce z inwazyjnym gatunkiem kosmitów – BETA. Zmaga się jednak z traumą po brutalnej śmierci jednego z bliskich przyjaciół, a jego przerażenie potęguje teoria Yuuko o nieuniknionym podobnym losie osób z równoległych uniwersów. Takeru musi pokonać swoje lęki, jeśli chce chronić tych, których kocha.