"Valvrave the Liberator" spielt in einer fernen Zukunft, in der die Menschheit den Weltraum kolonisiert hat. Die Geschichte beginnt in der neutralen Raumkolonie JIOR, die von der mächtigen Dorssianischen Militärföderation angegriffen wird. Haruto Tokishima, ein Schüler der Sakimori High School, stolpert während des Angriffs auf einen mysteriösen, hochmodernen Mecha namens Valvrave. Durch den Kontakt mit der Maschine erhält er übernatürliche Fähigkeiten, darunter eine erhöhte Geschwindigkeit und Stärke sowie die Fähigkeit, seinen Geist in den Körper eines anderen zu transferieren. Allerdings hat diese Macht einen Preis: Haruto verliert seine menschlichen Emotionen und wird zu einem sogenannten "Kamitsuki", einer Art Vampir, der menschliches Blut benötigt, um zu überleben.

Haruto schließt sich mit seinen Klassenkameraden zusammen, darunter Shoko Sashinami, seine langjährige Freundin, und Saki Rukino, eine beliebte Schülerin, um die Valvrave-Einheiten zu nutzen und JIOR gegen die Dorssianer zu verteidigen. Die Gruppe gründet die unabhängige Nation "Module 77", um sich von der Kontrolle der Dorssianer und der ARUS, einer weiteren Großmacht, zu befreien. Im Laufe der Serie enthüllen sich die Geheimnisse der Valvrave-Einheiten, die eng mit einer alten Zivilisation und einem mysteriösen Phänomen namens "Magius" verbunden sind.

Die Handlung wird durch politische Intrigen, moralische Dilemmata und persönliche Konflikte geprägt. Haruto und seine Freunde müssen nicht nur gegen äußere Feinde kämpfen, sondern auch mit den Konsequenzen ihrer Entscheidungen und den dunklen Geheimnissen der Valvrave-Technologie umgehen. Die Serie thematisiert Themen wie Identität, Loyalität und die Kosten der Macht, während die Charaktere mit ihren eigenen Ängsten und Ambitionen ringen. Die Handlung gipfelt in einem epischen Konflikt, der das Schicksal der Menschheit und die wahre Natur der Valvrave-Einheiten offenbart.