自転車に乗れないのび太は、サイクリングに行くジャイアン、スネ夫、しずかに誘ってもらえず、くやしくてしかたがない。自分も物置にしまってあった自転車に乗ろうとするが、やっぱり転んでしまう…。 話を聞いたドラえもんに、「キミにも乗れる自転車を出してあげるよ」と言われたのび太は大よろこびするが、ドラえもんが出したのは『四次元三輪車』という三輪車だった! のび太は、「三輪車なんてかっこ悪い!」と文句を言いつつも、結局この四次元三輪車でみんなを追いかけることにする。 まずは、四次元三輪車についている機能“におい追跡装置(ついせきそうち)”を使って、みんなを追いかけようと出発した2人だったが、のび太は三輪車に乗っている姿を見られたくないと言い出す。するとドラえもんは「第3ボタンを押せ」と指示する。指示通りに押してみると、なんと自分達の姿が消えた!四次元という別の世界に入ったので、姿が見えない上に、いろんなものを突き抜けて進むことができるのだ! 三輪車についている、いろんな機能を使い、みんなを追いかけていく2人だが…。