面對生活困境的大雄抱怨現實世界缺乏魔法。當他發現哆啦A夢石像并嘗試用"如果電話亭"改變現狀時，卻發現魔法世界不僅難以觸及且代價高昂。在科學被視作迷信的世界里，滿月博士通過古文書發現魔界星即將與地球相撞的危機。大雄因電話亭被母親銷毀而無法回歸現實時，博士卻遭神秘勢力綁架。為營救恩師并阻止災難，受滿月博士助手美夜子求助的大雄與哆啦A夢等人穿越至魔界星，在解開魔法文明興衰之謎的過程中，意外發現地球科學與魔界力量存在本質關聯。眾人通過破解古文書預言、利用未來道具與魔法原理相結合的方式，最終瓦解了企圖操控魔界星能量的反派陰謀。本片作為哆啦A夢系列首部采用電腦圖形CG技術制作的劇場版，通過虛實結合的視覺呈現拓展了故事維度。