今日はドラえもんの誕生日。ドラえもんをおどろかせるようなものをプレゼントしたいと考えたのび太は、ジャイアンとスネ夫から裏山で虹色にかがやくチョウを見たと聞き、それをつかまえてプレゼントにしようと思いつく。ところがそれはジャイアンたちがついたウソだった…。
落ち込んだのび太が帰宅すると、ドラえもんが庭で潜水艦（せんすいかん）のようなものを修理していた。ドラえもんによると、それは潜水艦ではなく潜地艦（せんちかん）で、地中を進むことができるのだという。
そこへ突然、２階ののび太の部屋の窓から、覆面（ふくめん）をつけた何者かが落ちてくる。しかも、その人物とドラえもんの手がリングでつながれてしまったから大変！ ２人がおどろいていると、その謎の人物はそのまま潜地艦を発進させてしまう…。
わけがわからないまま、謎の覆面と地中を進みだしたのび太とドラえもん。だが、その覆面を取ると現れたのは、かわいい女の子“ラピス”だった。彼女は宇宙から来た天才科学者だと名乗り、「あなたたちは、今から私が行く宝探しのパートナーに選ばれたのよ！」と言う。ドラえもんはラピスを怪しむが、ラピスが話す宝の中に虹色のチョウがいると聞いたのび太は、大乗り気！ ２人は、彼女の宝探しを手伝うことに…。
一方、兄にプレゼントを届けにやって来たドラミは、未来の警備隊（けいびたい）からドラえもんたちが凶悪犯（きょうあくはん）に誘拐（ゆうかい）された可能性があると聞き、警備隊と共にドラえもんたちを追うことに。はたして、虹色のチョウは手に入るのか!?　そして、ラピスの本当の正体とは…!?