วันหนึ่ง ขณะที่เล่นอยู่ริมแม่น้ำ โนบิตะพบสุนัขจรจัดตัวหนึ่งจมน้ำตาย ด้วยความเห็นอกเห็นใจต่อสัตว์ตัวนี้ เขาจึงตัดสินใจพามันกลับบ้านและดูแลมันอย่างลับๆ หลังจากพบคอกสุนัขบนผนัง เขาก็ตั้งชื่อสุนัขตัวนี้ว่า อิจิ (ซึ่งแปลว่า "หนึ่ง" ในภาษาญี่ปุ่น คล้ายกับสุนัขเสียง) ขณะที่ตามหาอิจิ โนบิตะก็พบแมวจรจัดตัวหนึ่งชื่อซูบุ (ซึ่งแปลว่า "เปียก" ในภาษาญี่ปุ่นเหมือนที่พบในช่วงพายุฝน) เขายังคงรับเลี้ยงแมวและสุนัขจรจัดอีกหลายตัว และกับเพื่อนของเขา พวกเขาตัดสินใจส่งพวกมันย้อนเวลากลับไปเมื่อ 300 ล้านปีก่อน ซึ่งไม่มีสิ่งมีชีวิตอื่นอยู่ ด้วยการใช้รังสีวิวัฒนาการ ทำให้สัตว์ต่างๆ สามารถใช้เครื่องทำอาหารได้ หลังจากสัญญาว่าจะกลับมาสู่ปัจจุบันก็ทิ้งสัตว์ไว้ในอดีต

เมื่อพยายามเยี่ยมชมสถานที่ที่ต้องการในวันรุ่งขึ้น กลุ่มประสบกับการบิดเบือนทางโลกและอวกาศตามที่พวกเขารับรู้ การบิดเบือนนี้ทำให้พวกเขาต้องลงจอดเกือบหนึ่งพันปีก่อนที่จะถึงจุดหมายปลายทางที่ตั้งใจไว้ พวกเขาต้องประหลาดใจเมื่อค้นพบประชากรสุนัขและแมวที่วิวัฒนาการมาเพื่อสร้างอารยธรรมที่น่านับถือ ซึ่งทัดเทียมกับสังคมในยุคดั้งเดิมของกลุ่ม น่าเสียดายที่ไทม์แมชชีนทำงานผิดปกติ และทั้งกลุ่มจึงขอความช่วยเหลือในการซ่อมเพื่อเดินทางต่อ อย่างไรก็ตาม ในไม่ช้า พวกเขาก็ค้นพบข้อกังวลเร่งด่วนยิ่งกว่านั้น: กลุ่มดาวเคราะห์น้อยกำลังโคจรชนกับโลก

โนบิตะจะทำตามสัญญาที่จะกลับมาพบกับอิจิอีกครั้งหรือไม่? นอกจากนี้ ใครคือฮาจิ สุนัขที่มีความคล้ายคลึงกับอิจิอย่างเห็นได้ชัด? การเดินทางผ่านอวกาศและเวลาซึ่งครอบคลุม 300 ล้านปีกำลังจะเริ่มต้นขึ้น