Nobita trova un uovo di dinosauro fossilizzato, ma riesce a portarlo alla sua forma originale grazie ad uno dei gadget tecnologici di Doraemon. Dall'uovo nasce un cucciolo di futabasauro di cui Nobita, Doraemon e gli altri decidono di prendersi cura. Tuttavia ben presto il piccolo dinosauro, battezzato Piske, diverrà troppo grande per essere tenuto nascosto. Per tale ragione Doraemon e gli altri decidono di viaggiare indietro nel tempo per riportare Piske alla sua epoca per permettergli di trascorrere un'esistenza normale. Tuttavia, dei cacciatori venuti dal futuro sono decisi a impadronirsi di Piske per venderlo, perciò Doraemon e la sua banda dovranno proteggere a tutti i costi il piccolo dinosauro. A complicare ulteriormente le cose, Doraemon porta Piske in America per causa di un errore della macchina del tempo e la banda dovrà affrontare un lungo e complicato viaggio per riportare Piske in Giappone.