Pada awalnya, teman-teman Nobita menertawakannya ketika dia mengatakan kepada mereka bahwa dia telah melihat bulan menguning dan melemparkan bayangan putih. Tetapi setelah Doraemon menggunakan "History Explorers Club Badge" padanya, mereka menemukan bahwa ada seorang gadis misterius yang tinggal di sisi terjauh bulan. Nobita, Doraemon dan teman-teman kemudian melakukan perjalanan eksplorasi bulan tetapi Diabolo dan bawahannya Goddard menghalangi mereka.

Di Tokyo yang terbengkalai, dipenuhi gelembung, dan gravitasinya tak normal, seorang pemuda berbakat melakukan pertemuan penting dengan seorang gadis misterius.

Seorang astronot melakukan perjalanan ke tepi luar tata surya untuk menemukan ayahnya dan mengungkap misteri yang mengancam kelangsungan hidup planet kita. Dia mengungkap rahasia yang menantang sifat keberadaan manusia dan tempat kita di kosmos.