Quando um ladrão do século XXII chamado Kaito Deluxe rouba o guizo de Doraemon, Nobita Nobi vê o gato-robô passar a agir como um bichano comum sem ele. Nobita, Shizuka Minamoto, Suneo Honekawa e Takeshi Gouda perseguem o ladrão até o Museu dos Itens Secretos do futuro, onde um jovem guia chamado Kurt mostra invenções como a primeiríssima Porta Para Qualquer Lugar já construída. Com um item inspirado em Sherlock Holmes em mãos, o grupo rastreia o culpado pelas vitrines do museu, sem saber que o guizo foi levado por causa de uma peça escondida dentro dele, e não pelo guizo em si.