在一个宁静的日子里，大雄突然在自己的房间里发现了一封异常奇怪的预告信，声称将有一次重大的偷盗事件发生。大雄虽然有些担忧，但并未太过在意这封信。不过，他的好朋友哆啦A梦则睡在了房间里的壁橱里，偷盗预告信所隐藏的秘密正在悄悄展开。

DX，绰号“神秘怪盗”，趁大雄离开的空隙，偷走了大雄最喜欢的铃铛。一觉醒来，大雄发现铃铛不见了，心急如焚。于是，哆啦A梦决定亮出他的侦探道具，化身为夏洛克·福尔摩斯，使用联想式推理放大镜，开始了紧张的追查。

经过精密的调查，哆啦A梦将目标锁定在了一个未来世界的地方——“秘密道具博物馆”。为了找回铃铛，大雄、哆啦A梦，以及静香、胖虎、小夫等一众好友，得到了哆啦美的协助，勇敢地踏上了未来世界的冒险之旅，来到了秘密道具博物馆。