《异度传说THE ANIMATION》讲述了人类在挖掘出神秘物体索哈尔后，开始对其进行研究并尝试与上位领域的UDO进行连结实验，结果导致地球几乎从宇宙中消失。四千年后，米尔奇亚行星爆发冲突，人类疑似遭到格诺西斯的攻击而消失，真相被掩埋。此后，索哈尔的研究成果被封存在百式观测用合成人M.O.M.O.的意识中，引发各方势力争夺。与此同时，贝克达公司开发对抗格诺西斯的战斗兵器KOSMOS。研究员卯月紫苑在太空船Woglinde号上遭遇格诺西斯袭击，KOSMOS突然启动，紫苑因此卷入一系列与格诺西斯及索哈尔有关的阴谋，并面临改变人类命运的重大事件。