Hùng hổ tuyên bố rằng sẽ chứng minh có người sống trên mặt trăng trước bạn bè trong lớp, Nobita phải cầu viện sự giúp đỡ từ Doraemon. Nhờ bảo bối thần kỳ "Huy hiệu câu lạc bộ Dị thuyết", một chuyến phiêu lưu mới của Doraemon, Nobita, Shizuka, Jaian và Suneo lại bắt đầu. Lần này, hành trình có thêm sự tham gia của một người bạn mới bí ẩn vừa chuyển trường.

Huyền thoại bí ẩn được cất giấu trên mặt trăng bắt đầu hé mở.