寧靜的日子裏，大雄的房間突然出現壹封偷盜預告信。此後不久，正在壁櫥裏睡午覺的哆啦A夢便被綽號為DX的神秘怪盜偷走脖子上的鈴鐺。利用夏洛克·福爾摩斯套裝和聯想式推理放大鏡，野比大雄將目標鎖定在未來世界的“秘密道具博物館”。為了取回鈴鐺，大雄、哆啦A夢、靜香、胖虎、小夫等好友在哆啦美的幫助下，結伴前往未來世界。 在這座收藏了各種各樣秘密道具的夢幻博物館內，見習道具制造者庫爾特為小夥伴們擔任向導，而庫爾特的祖父便是制造了初期型任意門並被世人譽為“秘密道具之父”的哈爾德曼博士。在這壹過程中，大雄他們見識了各種各樣神奇有趣的道具以及它們的由來，還得知博物館也不斷遭到怪盜DX的光顧和偷竊。 最終哆啦A夢能否順利找回他的鈴鐺？怪盜DX的真正身份又是誰？而關於秘密道具的真相也漸漸顯露。