Sinopse: Em 1973, após a implacável Guerra Lunar de seis anos, as espécies alienígenas hostis conhecidas como BETA - Seres de origem extraterrestre que são adversários da raça humana - invadiram a Terra, matando bilhões e dizimando a Eurásia. Enquanto o BETA pode ser destruído com armas convencionais, sua classe a laser é capaz de acabar com frotas inteiras de aeronaves, forçando a humanidade a desenvolver trajes de combate gigantes chamados Tactical Surface Fighters (TSF) para combatê-los. Quando o BETA chega ao Japão em 1998, a estudante da escola militar e piloto da TSF - ou eishi - Yui Takamura é condenada a defender a última linha de defesa de Kyoto com seus colegas de classe. Ao custo de inúmeras vidas humanas e o sacrifício dos amigos de Yui, o Exército Imperial Japonês consegue repelir os invasores, deixando um rastro de destruição. No entanto, esse encontro deixa Yui determinado a nunca mais permitir que algo assim ocorra. Três anos depois, agora tenente, Yui se junta ao projeto XFJ, um programa de desenvolvimento de TSF Japão-Americano com sede no Alasca. Em uma equipe internacional composta pelo piloto de testes nipo-americano Yuuya Bridges e vários eishi de países perdidos para o BETA, a tarefa de Yui é ajudar a desenvolver o novo TSF japonês Shiranui. Em meio a tensões políticas herdadas da Guerra Fria,Muv-Luv Alternative: Total Eclipse segue a delicada missão de Yui e a jornada de Yuuya para superar os demônios do passado que ainda o assombram.