Khi Nobita bắt đầu khao khát khám phá thế giới dưới nước ở quê hương của mình, Doraemon đã rút ra từ ngăn kỳ quặc của mình chiếc Máy Tạo Cảnh Nước, một thiết bị có khả năng bơm hết nước ra khỏi thành phố Tokyo chỉ trong vài phút. Thành phố lập tức trở thành một biển cả xanh nguyên sơ, mờ mịt dưới ánh trăng lạnh lùng. Hòa mình vào thế giới mới lạ dưới đáy nước, Doraemon và Nobita khoác lên mình những bộ trang phục lặn của Bộ Mô Phỏng Mặt Nạ để bắt đầu cuộc phiêu lưu dưới đáy biển sâu. Tuy nhiên, không phải mọi chuyện đều suôn sẻ như mong đợi. Khi hai người bạn vẫn đang khám phá thế giới dưới nước, một đàn cá lớn đầy hung ác và cả một con cá mập khổng lồ đã xuất hiện đe dọa sự an toàn của họ. Doraemon phải nhanh chóng tìm cách dừng Máy Tạo Cảnh Nước để cứu lấy chính mình và Nobita khỏi nguy hiểm ngay trước kẻ thù khát máu. Trong lúc loay hoay với những sinh vật biển đang hùng dữ, Doraemon bất ngờ nhìn thấy một cô gái tuyệt đẹp tên Sophia nằm bên dưới dòng nước trong khu vườn của một căn nhà cổ kính. Bị hấp dẫn bởi vẻ đẹp hy hữu của cô gái, Doraemon và Nobita lập tức dừng mọi công việc và dành thời gian cứu giúp cô gái bí ẩn đang nằm đơ ngơ.