In einem typischen Vorort von Tokio lebt Nobita Nobi, ein tollpatschiger, vom Pech verfolgter und schulisch hoffnungsloser Junge der vierten Klasse, ein Leben voller Missgeschicke. Er kommt regelmäßig zu spät zur Schule, schreibt Nullen in seinen Tests, wird von seinen Klassenkameraden gemobbt und häufig von seiner Mutter gescholten. Seine trostlose Gegenwart ist jedoch nur der Anfang eines viel größeren Problems. Nobitas persönliche Versagen sind so katastrophal, dass sie seine zukünftigen Nachkommen mit einem Leben in erdrückender Armut verflucht haben. Um diesen verheerenden Zeitverlauf zu ändern, reist ein junger Nachkomme namens Sewashi aus dem 22. Jahrhundert ins 20. Jahrhundert zurück. Er bringt einen besonderen Roboter mit: einen blauen, ohrlosen, katzenartigen Betreuer namens Doraemon.

Doraemon ist empfindungsfähig, gutherzig und besitzt ein mächtiges, scheinbar grenzenloses Werkzeug: eine vierte-dimensionale Tasche an seinem Bauch. Aus dieser Tasche kann er eine endlose Vielfalt futuristischer Gadgets, bekannt als „geheime Werkzeuge“, hervorbringen, mit denen er Nobita hilft, seine täglichen Probleme zu bewältigen. Diese reichen von der ikonischen Überalltür, die Reisen zu jedem Ort ermöglicht, über Bambus-Hubschrauber zum Fliegen bis hin zu Merkbrot, das Informationen auf eine Brotscheibe prägt, die zum sofortigen Abruf gegessen werden kann. Trotz seiner guten Absichten schlagen Doraemons Interventionen aufgrund von Nobitas impulsiver und fauler Natur oft fehl und schaffen noch kompliziertere und lustigere Probleme als die, die sie lösen sollten.

Die Serie konzentriert sich auf Nobitas tägliches Leben und seine Beziehungen zu einer eng verbundenen Gruppe von Klassenkameraden. Seine engste Freundin und romantische Interesse ist die freundliche, intelligente und sanfte Shizuka Minamoto, die oft die Stimme der Vernunft ist und dazu bestimmt ist, seine zukünftige Frau zu werden. Ständige Gegenspieler sind Takeshi Goda, der starke und jähzornige örtliche Tyrann, bekannt als Gian, und Suneo Honekawa, der wohlhabende, fuchsgesichtige und listige Angeber, der oft gezwungen ist, Gians Pläne mitzumachen. Während Gian die Nachbarschaft mit seiner schrecklichen Singstimme und seiner Angewohnheit, Spielzeug anderer Kinder zu „leihen“, terrorisiert und Suneo seinen Besitz zur Schau stellt, sind sie keine reinen Bösewichte; sie schließen sich Nobita und Doraemon häufig auf großen Abenteuern an und zeigen Loyalität in Zeiten echter Krisen.

Die Erzählstruktur ist weitgehend episodisch, wobei jede Episode sich auf ein spezifisches Problem konzentriert, mit dem Nobita konfrontiert ist, wie einen schwierigen Test, Rache von Gian oder den Wunsch, Shizuka zu beeindrucken. Doraemon wird ein Gadget aus seiner Tasche holen, um das Problem zu lösen, was zu einer moralischen Lektion über Verantwortung, harte Arbeit und die Konsequenzen von Abkürzungen führt. Die Serie weist jedoch auch bemerkenswerte wiederkehrende Erzählbögen auf, vor allem die lange Reihe jährlicher abendfüllender Filme. In diesen Filmen nutzen Nobita und seine Freunde Doraemons Gadgets, um in fantastische Welten zu reisen, wie das Zeitalter der Dinosaurier, die Weiten des Weltraums oder Unterwasserreiche, wo sie weltbedrohende Schurken konfrontieren und sich auf Mut und Freundschaft verlassen müssen, um den Tag zu retten. Diese Abenteuer erweitern das Universum über die Vorstadtkulisse hinaus und stellen eine Verschiebung hin zu actionreichen und dramatischen Hochrisiko-Szenarien dar. Das Franchise wurde im April 2005 in eine neue Langlaufserie neu gestartet, die die klassischen Geschichten mit aktualisierter Animation und Synchronsprechern weiter adaptiert und die zeitlose Dynamik eines vom Pech verfolgten Jungen und seines robotischen Katers aus der Zukunft neuen Generationen vorstellt.