เนื้อเรื่องส่วนมากจะเกี่ยวกับปัญหาของโนบิตะเด็กชายชั้น ป.4 ที่มักถูกเพื่อนๆ แกล้ง (แต่บ่อยครั้งก็เป็นฝ่ายหาเรื่องใส่ตัวเอง) ไม่ค่อยชอบทำการบ้าน, อ่านหนังสือ และไปโรงเรียนสายบ่อย ๆ โดยมีเพื่อนที่เป็นตัวละครสำคัญในเรื่องคือโดราเอมอน (โนบิตะทำอะไรไม่ค่อยเป็น ต้องพึ่งโดราเอมอนแทบทุกอย่าง) หุ่นยนต์แมวจากอนาคตที่คอยดูแลช่วยเหลือโนบิตะตลอดเวลาด้วยของวิเศษจากอนาคต ไจแอนท์เด็กที่ดูเป็นอันธพาล แต่ที่จริงเป็นคนอารมณ์อ่อนไหวและรักการร้องเพลง ซูเนโอะผู้มีฐานะทางบ้านดีที่สุดในกลุ่ม มีนิสัยชอบคุยโม้ เป็นคู่หูกับไจแอนท์ที่คอยกลั่นแกล้งโนบิตะอยู่ตลอด เดคิสุงิ เป็นเด็กเรียนเก่ง นิสัยดี รักความถูกต้อง มีน้ำใจ แต่ไม่ค่อยมีบทบาทมากนัก ชิซุกะผู้หญิงเพียงคนเดียวในกลุ่มเป็นเด็กเรียนดีชอบช่วยเหลือผู้อื่น เป็นเด็กสาวที่โนบิตะหลงรัก ในอนาคตก็ได้มาเป็นเจ้าสาวของโนบิตะด้วย ไจโกะน้องสาวของไจแอนท์ไม่ค่อยมีบทบาทมากนัก ตัวละครสำคัญนอกจากนี้ก็มีโดเรมี หุ่นยนต์แมวที่มีกระเป๋ามิติที่ 4 และของวิเศษ (แต่จะออกน่ารักๆ ดูเป็นแบบผู้หญิงมากกว่า) เช่นเดียวกับโดราเอมอนผู้เป็นพี่ชาย และคุณพ่อและแม่ของโนบิตะ ซึ่งแม่ดูจะมีบทบาทในเรื่องมากกว่าพ่อ

แม้ว่าโนบิตะ ไจแอนท์ ซูเนโอะ และคนอื่นจะดูเหมือนมีปัญหากันบ่อยแต่ลึกแล้วก็รักและช่วยเหลือกันดี จะเห็นได้จากตอนพิเศษต่างๆ ที่เด็กกลุ่มนี้ต้องออกไปผจญภัย (บางทีก็นอกโลก ใต้ทะเล หรือว่ายุคไดโนเสาร์)