宁静的日子里，大雄的房间突然出现一封偷盗预告信此后不久，正在壁橱里睡午觉的哆啦A梦（水田山葵配音）便被绰号为DX的神秘怪盗偷走脖子上的铃铛利用夏洛克·福尔摩斯套装和联想式推理放大镜，野比大雄（大原惠配音）将目标锁定在未来世界的秘密道具博物馆。为了取回铃铛，大雄、哆啦A梦、静香（嘉数由美配音）、胖虎（木村昴配音）、小夫（关智一配音）等好友在哆啦美（千秋配音）的帮助下，结伴前往未来世界。在这座收藏了各种各样秘密道具的梦幻博物馆内，见习道具制造者库尔特（三瓶由布子配音）为小伙伴们担任向导，而库尔特的祖父便是制造了初期型任意门并被世人誉为秘密道具之父的哈尔德曼博士。在这一过程中，大雄他们见识了各种各样神奇有趣的道具以及它们的由来，还得知博物馆也不断遭到怪盗DX的光顾和偷窃。最终哆啦A梦能否顺利找回他的铃铛？怪盗DX的真正身份又是谁？而关于秘密道具的真相也渐渐显露.......
