Nobita Nobi è un ragazzo giapponese di dieci anni che frequenta la quinta elementare; sebbene sia una persona di buon cuore, è caratterizzato da pigrizia, sfortuna e debolezza fisica. Proprio per questo è costretto a sottostare alle prepotenze di Takeshi Gōda, da tutti soprannominato Gian, un bullo irascibile e forzuto, e da Suneo Honekawa, un ragazzo facoltoso e viziato che sfrutta l'amicizia di Gian per ottenere il rispetto degli altri ragazzi del luogo. L'unico sogno di Nobita, quello di sposare l'amica e compagna di classe Shizuka Minamoto, viene ostacolato dalla presenza di Dekisugi Hidetoshi, un giovane estremamente intelligente che esercita su di lei una forte attrazione.

A causa dei suoi pessimi risultati in campo scolastico e sportivo Nobita è costantemente rimproverato dal maestro e dai genitori, Tamako e Nobisuke, i quali cercano invano di stimolarlo a impegnarsi di più e ad assumersi le proprie responsabilità. Nobita tuttavia continuerà a collezionare fallimenti che porteranno la sua futura famiglia e i suoi discendenti in condizioni di povertà. Sewashi Nobi, un discendente di Nobita proveniente dal XXII secolo, decide allora di tornare indietro nel tempo per aiutare il ragazzo a migliorare il suo futuro, lasciando a vegliare su di lui un gatto robot, Doraemon. Quest'ultimo, grazie al gattopone, una tasca quadri-dimensionale contenente numerosi gadget detti chiusky, rivoluziona completamente la vita di Nobita, migliorando i rapporti che il giovane ha con i genitori e gli amici.

Doraemon diventa rapidamente amico del giovane e si mostra estremamente premuroso nei suoi confronti: lo sostiene infatti nei momenti di difficoltà, cercando tuttavia di evitare che i suoi chiusky vengano usati in modo sconsiderato. I due vivono così insieme moltissime avventure e il ragazzo, sebbene compia spesso degli errori, riesce comunque con l'aiuto di Doraemon a risolvere i suoi problemi, facendo la cosa giusta e imparando la lezione di turno. Il futuro di Nobita diventa così roseo, permettendo al giovane di poter sposare Shizuka. Doraemon può così tornare nel futuro: il ragazzo infatti è cresciuto e può affrontare da solo i problemi che la vita gli metterà davanti.