Câu chuyện được bắt đầu với tin một con tàu lạ chìm ngoài khơi vùng biển Bécmuđa. Vào kì nghỉ hè, nhóm bạn Nôbita bàn nhau xem đi lên núi hay xuống biển, Đôrêmon quyết định xuống biển và leo núi cùng một lúc bằng cách... xuống đáy biển. Xêkô, Chaien muốn an toàn còn Xuka không thể đi riêng với Nôbita được nên chỉ có Đôrêmon và Nôbita cùng đi với chiếc xe Baky.
Trong lúc ấy, con tàu ở ngoài khơi vùng biển Bécmuđa đột nhiên biến mất. Lúc này, cả nhóm Đôrêmon cùng các bạn của Nôbita giúp cậu ta hoàn thành bài tập hè rồi lên đường thám hiểm... Tin tức về con tàu lại đến với những chi tiết mới. Nhóm Đôrêmon lên đường khám phá đại dương và cắm trại. Thế nhưng Chaien và Xêkô đã trộm chiếc xe Baky đã đi tìm kho báu từ chiếc tàu nọ bỗng nửa đường thì hết oxi do ánh đèn pin diều chỉnh môi trường mất tác dụng và nhờ được nhóm người đáy biển đi ngang qua cứu nên hai bạn suýt chết . Cả nhóm đi thám hiểm vực Mariana và phát hiện con tàu nọ bị trôi dạt đến đây. Nôbita đứng đợi các ban ở ngoài con tàu thì bắt gặp chiếc tàu lạ và con bạch tuộc đầu voi, cậu ta kể cho mọi người nhưng không ai tin. Nhờ Baky, cả nhóm biết được bí mật về người dưới đáy biển nhưng cũng chính lúc đó họ bị nhóm người bí ẩn bắt đi. Nhưng cả nhóm đã trốn đi và bị người đáy biển (cư dân của lục địa Mu) đuổi theo. Cả nhóm đã cứu họ khỏi lũ quỷ biển và cùng một người trong số họ đi chặn âm mưu hủy hoại Địa cầu của lũ quỷ biển (cư dân của lục địa Atlantis). Để tìm tung tích của bọn chúng, Xuka đã tự nguyện làm con mồi cho quỷ biển, cả nhóm bám theo đến tận căn cứ lũ quỷ biển nhưng đều bị bắt. Riêng Đôrêmon, tìm đến tận sào huyệt của Poseidon nhưng không đủ sức nên đã gục ngã. Tình huống rất nguy cấp nhưng may mắn thay Baky đã chui ra khỏi túi thần kì của Đôrêmon, bị quân Rôbốt của Poseidon bắn cháy nhưng vẫn lao thẳng vào họng lão. Poseidon cùng tòa lâu đài của hắn bốc cháy, nguy cơ Trái Đất bị hủy diệt không còn, cả nhóm Đôrêmon chia tay những người dưới đáy biển và quay trở về.
