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……

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