Câu truyện bắt đầu với việc Nôbita bị đuổi khỏi đoàn phim của Xêkô và Chaien bởi vì tính hậu đậu của mình. Nôbita đã nhờ Đôrêmon làm giúp một bộ phim cho riêng mình, cậu đã tới nhờ Xuka giúp đỡ nhưng trái với ý của Nôbita, Xuka lại muốn làm một bộ phim cổ tích và trong khi quay phim, con thỏ bông của Xuka đã bị mất tích. Lúc trở về nhà, Nôbita và Đôrêmon phát hiện ra con thỏ nằm trong sân nhà cậu
Kyuta, một cậu bé sống cộ độc và thường lang thang ở khu Shibuya. Một ngày nọ cậu tình cờ lọt vào một thế giới song song khác, nơi tồn tại những con thú khổng lồ có thể nói chuyện như loài người.
Câu chuyện bắt đầu từ khi cậu bé Nobita ham học hỏi về loài động vật thời tiền sử nên đã nhờ Doraemon tìm hiểu. Thế là ba người bạn Doraemon, Dorami và Nobita đã dùng vòng thời gian và cây gậy bám dính để bắt những động vật thời cổ đại xa xưa đã tuyệt chủng lâu để về nghiên cứu. Một lúc sau thì bất ngờ dính được con đà điểu cổ đại khổng lồ và gây cho ba người sự hoảng hốt, Nobita thì khiếp sợ.
Câu chuyện kể về Kasumi, một cô gái bị nhiễm virus dịch bệnh nguy hiểm cùng với người chị song sinh của mình là Shizuku. Nhưng chính Kasumi chứ không phải Shizuku đã được chọn là một trong số 160 người được đưa vào trạng thái ngủ đông cho tới khi có phương pháp chữa trị chứng bệnh dịch này.
Đôrêmon thứ 20 được ra mắt tại Nhật Bản và được chuyển thể thành truyện tranh. Ngoài ra, bộ phim còn có một số tên gọi khác như Đi tìm miền đất hứa, Nôbita và cuộc phiêu lưu ngoài vũ trụ . Thể loại: hành động, phiêu lưu, tưởng tượng.