スネ夫が、人気のミステリートレインの切符を3枚手に入れたと自慢する。ジャイアンとしずかは、ぜひ行かせてほしいとスネ夫に頼み込む。そこへ、のび太が駆け込む。話を聞くと、ドラえもんが3日間も帰らないという。ジャイアンとスネ夫にからかわれ、落胆し帰るのび太。
家に帰ると、ママが「ドラちゃんが探してた」と言うではないか。のび太が夕食も無視して2階へ駆け上がると、ドラえもんが帰っている。ドラえもんの話によると、22世紀で大人気のミステリー列車の切符を3日間かかってやっと手に入れたらしい。
そのミステリー列車で到着したのは宇宙の外れにある巨大遊園地「ドリーマーズランド」。ドラえもんたち5人は気の赴くままに楽しむが、一方で謎の生命体「ヤドリ」が人間を操り始めていた…。
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ゲストキャラクター
銀河超特急車掌（声：伊倉一恵）
銀河超特急の車掌。目と口しかない簡素な顔立ちで、いつも笑顔を絶やさず、礼儀正しく、職務に忠実。体が小さく、制服はぶかぶか。なお、制服は車掌には珍しく緑色。ヤドリにとりつかれる事も無く、最後までドラえもん達と行動を共にしてヤドリを撃破する事になる。
ボーム（声：塩沢兼人）
22世紀の新聞「コスモタイムズ」の社会部記者。休暇旅行で銀河超特急に乗り、のび太たちと知り合う。ヤドリにとりつかれたのび太のハンマー攻撃を華麗にかわすなど、小太りな外見に似合わず動きが俊敏なことが伺える。また、のび太たちに的確なアドバイスを与えてくれる頼りがいのある人物。医学の知識も心得ている。
名前の由来は恐らく童話作家ライマン・フランク・ボームから。
アストン（声：真殿光昭）
銀河超特急の乗客で、22世紀の大富豪の息子。普段は父親がお金持ちなのを鼻にかけているらしい。のび太たちを「昔者（むかしもん）」と呼んでからかい馬鹿にしていた。最初にヤドリに寄生され、のび太たちに救われ（実際はドンとジェーンが救助した）後に和解した。射撃の腕はなかなか良く、射撃大会の成績はのび太に次いで2位（6発中5発命中）。
ドン（声：菅原淳一）
アストンの友人。顔は脇役「はる夫」に似ている。物語では地味な存在。射撃の腕はかなり悪い（6発をすべて外す）。ヤドリに取り付かれたアストンに置いてけぼりにされる。その上、ヤドリ船に禁断の惑星の洞窟に振り落とされた。
ジェーン（声：丹下桜）
アストンの友人。ミッキーマウスのような髪型をした女の子。気が強い。射撃の腕は悪く、誤って標的の代わりに審判を撃ってしまった。ドンと同じく、ヤドリに取り付かれたアストンにはめられる。
ヤドリ（声：秋元羊介・石田弘志・中村大樹）
人にとりついてコントロールする、アメーバのような寄生生物。生物としての活動はできないが、ロボットを操ることもできる。宇宙征服を企てている。普段は小型のUFOにとりついており、宿主を探して宇宙を彷徨っている。名前ではなく、「ヤドリXXXX号」と番号で呼び合う。ちなみにアストンに寄生したのは「ヤドリ008号（ヤドリゼロゼロパーごう、映画では0080号）」。同じく、スネ夫に寄生したのは「ヤドリ0009号」。弱点は未来世界の石鹸「真空ソープ」。これをUFOまたは宿主の顔面に撃たれると、本体がシャボンに閉じ込められ、呼吸が出来なくなる。戦艦に乗っているものをすべて合わせると、約800万存在する。
終盤ではジャイアンに「ヤドカリ」と間違えられていた。
ヤドリ天帝（声：内海賢二）
銀河支配を企む謎の宇宙生物ヤドリの王。金色のUFOに取りついている。物語の終盤でのび太に乗り移ろうとする。
クリントン・イーストウード（声：中庸助）
西部の星のガン・スモークシティの市長。名前の由来は俳優クリント・イーストウッドから。
係員（声：矢田稔、中博史）
園長（声：田中亮一）
ドリーマーズランドの園長。ボームに取材を受けた。
忍者の先生（声：北村弘一）
忍者の星のロボット。ジャイアンとスネ夫に忍術を教えたが、不満ばかりを洩らすため「近頃の子供は根性が無い」と嘆いていた。
恐竜の星の管理人（声：森川智之）
藤子作品定番の登場人物である小池さんがゲストで登場。珍しい存在であった。漫画版では顔が異なる。管理人室内にもラーメンの器があった。
車内センサー（声：佐久間レイ）
映像ナレーション（声：江森浩子）
銀河超特急内で流したビデオ「大銀河の誕生」のナレーション。
ガイド（声：天野由梨）
中央惑星の飛行場で、ドラえもんとのび太に重力波推進ロケットの説明をした女性ガイド。
ガイドカード（声：まるたまり）
「怪奇と伝説の星」の解説をするガイドカードの音声。
王子（声：菊池正美）
メルヘンの星の「白雪姫」の王子。同時開演に伴って白雪姫が7人もいることに困惑し、一番可愛い静香を選んで、他の女性からクレームを受けていた。
ガンマン（声：桜井敏治）
西部の星の悪役のガンマン。
銀河超特急乗客（声：石川和之、土井俊明、関根章恵、今井由香）
21エモン一行
漫画版のみ登場。銀河超特急に乗っている。
物語の舞台
ハテノハテ星群
乙女座銀河団に属する、銀河系の外れの星群。この星群はかつて「メズラシウム」という鉱石を産出したため鉱山の星として栄えていたが、鉱石が枯渇したため人口がどんどん減少していった。それを打開する事業として作られたのが、ドリーマーズランドである。星屑だらけなので流星が多い。
22世紀で大人気の「ミステリートレイン」と「宇宙最大・最新・最高の夢の楽園、ドリーマーズランド」
いくつもの小惑星に分かれた、大規模なテーマパーク。周りには、テーマパークに使われなかった「禁断の星」が存在する。惑星と惑星の間を行き来する場合、重力発推進音声全自動ロケット（外見は飛行機、車などさまざま）が使われる。ほとんどのアトラクションには、中央惑星のコントロールセンターで操作するロボットが使われている。蒸気機関車型宇宙船に乗って向かうが、「ミステリートレイン」であるため行き先がドリーマーズランドであるということは秘密。
中央惑星
ドリーマーズランドの中心となる星。アトラクションの運営を行う他、駅や遊園地も存在する。
設備
宿舎（ロッジ）
銀河超特急の客車がそのままロッジとなる。
飛行場
重力波推進ロケットが常時発着できる飛行場。親切なナビゲーターが24時間対応し、朝、昼、夜と利用する客を安全に送迎する。
重力波推進ロケット
小惑星を行き来するための乗り物。レンタル式で、「レンタ・ロケット」と呼ばれる。数百機単位で配置されており、形もプロペラ機から自動車まで様々。音声入力の全自動操縦なので、幼児でも乗りこなせるという。
遊園地
ドラえもんたちは訪れないので詳細不明。巨大なテントやロボット、観覧車などが外から見える。
コントロールセンター
園内のすべてのロボットの行動をつかさどる建物。
タキシオン通信センター（原作では「タキオン通信タワー」）
ドリーマーズランド全体が緊急事態に陥ったときに、辺境警備隊に助けを求めたりするためのタワー。ほかにも、園内の警備隊（保安部）に行動を下したりする、ドリーマーズランドの安全の鍵を握る建物。
他にも、何に使われるのかはっきりわからない建物が多数存在する。この星の道路は「ベアリングロード」と呼ばれ、小さな球体が敷き詰められており、頭で念じた方向に自動的に運んでくれる。
西部の星
星全体が19世紀のアメリカを模している。射撃、乗馬など、西部劇風のアトラクションが楽しめる。のび太たちは保安官の助手となり、銀行強盗を捕まえるというイベントに参加した。
設備
ガンスモークシティ
西部の星の中心都市。射撃大会もここで行われる。イメージを壊すため、タケコプターは使用禁止。
ホテル「GUNSMOKE」
アトラクション参加者の更衣室兼準備室。
ビリオン銀行
悪役ロボットに襲われる銀行。
OK牧場（OK CORRAL）
参加者用の馬が置いてある牧場。G1級の早馬から乗馬用と思しきポニーもいる。
デスバレー（Death Valley）
ガンスモークシティより西に位置する谷。強盗の根城。
悪役ロボット
事件を起こすためのロボット。超腕利きガンマンの4人組（原作では6人組）で、倒せば正保安官に任命される。最終的にのび太に全て倒される。
拳銃
イベント参加者に渡される回転式の拳銃。当たると風船の様に体が膨れ、空に浮かんでしまう。悪役ロボットに当たった場合は動きがストップする。1時間経てば効果が切れる。装弾数は6発。次作の『ドラえもん のび太のねじ巻き都市冒険記』でも登場し、フワフワ銃という名前であることが判明している。
その他、西部時代を思わせる建物が多数ある。
恐竜の星
その名の通り、恐竜型ロボットが多数生息する星。映画では「中生代の星」ともよばれている。恐竜とは友達になれ、それを使った競争が催される。一等商品は好きな恐竜ロボット一体。
設備
通信タワー
中央惑星と通信するためのタワー。外見は巨木。ここで説明が行われ、外には飛行場も設置。ここでも、恐竜ロボットを監視しているが、ロボットの行動をつかさどるのは中央惑星の為、あまり意味が無い。
恐竜生息地
恐竜ロボットが、昔の姿そのままに生活している。実物通り、草食恐竜は草、肉食恐竜は肉を食べる。人間が食べられた場合、石膏に包まれて（これを「化石になる」と呼ぶ）排出される。これで「ゲームオーバー」となる。後で係員が元に戻すらしい。
恐竜
作中に登場した恐竜は次の通り。
ステゴサウルス
全員一緒の時に目撃。スネ夫がくしゃみを出させた。
プテラノドン
全員一緒の時に目撃。これとは別に、ドラえもん、およびのび太は友達になった。
ヴェロキラプトル
ドラえもんとのび太のみが目撃し、のび太のズボンの一部を破る。すばしっこく、知能が高い。
オルニトミムス
しずかとジャイアン、およびスネ夫が別々に目撃。しずかは友達になったが、ジャイアンは小さすぎるのを見て、追い返した。
トリケラトプス
ジャイアンとスネ夫のみが目撃。
ブラキオサウルス
ジャイアン、およびスネ夫が友達（？）になった。ジャイアンは「大きければ速い」と思い込んでいたらしい。ほとんど動かなかったため、スネ夫がエサとなる葉を持って誘導するという、とんでもない方法でレースに参加しようとしたが、ティラノサウルスに驚き逃げ出したため結局失敗する。
ティラノサウルス
ブラキオサウルスに振り落とされたジャイアンとスネ夫が食べられかけたが、途中で機能が停止して事なきを得た。
忍者の星
忍者の師匠にマキビシ、水蜘蛛、目潰しなどの忍術を習う星。ただし、訓練が厳しいため人気がない。修行後に行われる実地試験に合格すれば、あらゆる種類の忍術が入った念波入力のコンピューターが内蔵された巻き物が授与される。また、仮免の場合は3種類の忍術（忍法カベ抜けの術、バッタの術、ネズミ変身の術）が入った巻き物が授与される。仮免は物語後半で思わぬ形で役立つ。
設備
修行場
山や湖など、基本的忍術の修行をする場所。
城
実地試験の舞台。多数の番兵が警護する中、ここから密書を奪ってくるのが試験の課題である。侵入者を捕縛する罠や、捕まった後に放り込まれる地下牢などもある。
メルヘンの星
自分が童話の主人公になって童話を演じる事が出来る星。オーロラ、大きな虹、ペガサスの群れなど童話の世界そのものの光景が展開されている。演じる事が出来る童話の数は1001種類で、1日につき最大12回開演される。ただし、白雪姫など希望者が多過ぎる話に関しては3?5回待ちや7人同時開演などの措置もとられている。しかし利用者からは評判が悪い。係員としてキューピッド、妖精などのロボットがいる。
設備
事務所
大木の形をしている。客の希望コースを聞き、その割り当てを行う。係員は騎士や姫などの格好をしている。
童話の舞台
童話に沿った建物や環境が整備されている。作中で登場したのは「白雪姫」のもののみ。
怪奇と伝説の星
吸血鬼ドラキュラ、狼男、人食い鬼、幽霊、海坊主、魔女、死神などの妖怪や怪物のロボットが多数いる星。システムなどの詳細は不明。システムの暴走でそれらの妖怪や怪物が中央惑星に飛来していた。
禁断の星
「メズラシウム」という鉱石を採掘するための星。鉱石が枯渇したため、現在は無人。地表は採掘時に出てきた灰が覆い、穴だらけの廃坑も存在するためテーマパークにはできず、立ち入り禁止となっている。
設備
倉庫
かつて発掘隊が食料を貯蔵していた建物。中には長期保存が可能な缶詰類やインスタント食品が多数残されている。ただし、ドラ焼きはない…と思われていたが、原作では雑誌掲載後に読者から「ドラ焼きらしき絵が描かれた箱があった」との指摘があった（P158の上から三番目のコマに描かれている左側の棚）。
駅
鉱物の搬出に使っていた施設。構内には余剰となった車両が留置されている。
機関車
銀河超特急の物と同規格のタンク機関車。塗装は青。長年放置されていたにも関わらず、簡単に起動できた。
洞窟
前記の機関車が放置されていた。落盤が多いため、立ち入り禁止となっている。しかし、機関車があるという事を知ったジャイアンが独断で入ってしまう。そんな中、宇宙から放出されたドンとジェーンとその機関車を発見。そして、忍術の仮免許証で機関車と共に3人は脱出に成功した。
その他、黒色の小型ホッパ車の姿も見られる。
銀河超特急の詳細
見かけは蒸気機関車だが、宇宙船。実際の機関車同様、動力は機関車のみが持つ。
本来は速達性を売りにした交通機関ではないため、速度はさほど速くはない。しかし、小惑星群を突破するために横揺れを繰り返したことから、横方向の機動性は抜群と思われる。
機関車は動輪2軸のタンク式。カウキャッチャーや大型の煙突など、アメリカ風のデザインがなされている。屋根に信号弾を発射できる大砲を備えるが、イベント用なので殺傷力は皆無に等しい。
客車は全長12メートル前後で、片面1つのドアと2軸ボギー台車を持つ。連結器は自動式。120両編成（機関車除く）だが、空間を圧縮しているため外見は8両(ただし原作では機関車を合わせて10両編成である)。中は圧縮効果で外観よりかなり拡張されている。
塗装は、機関車が赤一色に星型のヘッドマーク、客車が上オレンジ、下緑の湘南色で、客車にはレトロ風に木目調のプリントが施されている。また、客車の屋根には角型の通風機が並び、8号車には後方監視窓と尾灯が設置されている。
内部は個室が主体となる。のび太たちが乗車した7号車は1人用が5室あり、ベッドや風呂のほかテレビなども完備。食事はルームサービスで、これとは別に宇宙服を兼ねた栄養ドリンク（原作ではカプセル剤「宇宙カプセル」）も出される。また、個室とは別に会議用のミーティングルームがある。
長旅でも退屈しないよう、机の引き出しには立体ゲームが設置されている。壁を透明にすると宇宙の景色も楽める。他に窓に忍者や恐竜などが映ったりするが、これもサービスの一部なのかは不明（恐らくドリーマーズランドの存在を示唆する宣伝）。また、どこでもドアで自分の星に帰っている人も多いが、イベント時には予告無しに使用不能になる。
58号車は展望車で、全面ガラス張り。ワープ状態で景色が見られない間はバーチャル映像（「大銀河誕生」、「宇宙名所めぐり」など）が放送される。これも予告無しで突然始まるが、車掌に頼んで放送してもらうこともできるらしい。
客車はハテノハテ星雲到着後に切り離され、個別にロッジとして使われる。
22世紀で運行しているが、20世紀の、しかものび太の学校の裏山に停車してくれるため、タイムマシンとしての機能を持っていると思われる。しかし、乗務員は車掌だけであるなど、サービスに偏りがある。また、裏山ではレールではなく土の上に着陸していたが、地面と車両共に影響はなかったため、何らかの着陸装置を有する物と考えられる。
銀河超特急を運行している天の川鉄道の定期列車は2111年9月3日をもって廃線となった。理由は「どこでもドアに太刀打ちできなかった」から（原作『天の川鉄道の夜』より）。そのため、その後は時々銀河超特急のような観光用列車のみが運行されている。
その他
大長編、映画になると、いつもダメなのび太が大活躍するのはお馴染みであるが、この作品では危機的状況に瀕して俄然勇気を出すのび太にスネ夫が「のび太……、大長編（あるいは映画）になるとかっこいいことをいう」というメタフィクション的な台詞がある。また、天才ガンマンのび太の実力を、再度認識させられる作品でもある。西部の星では、1個の空き缶に6発全弾を命中させている（それも1発目で宙に浮いたところへ、空中で残り全弾を命中させるという離れ技）し、ラストシーンでは、ヤドリ大帝が襲いかかる一瞬を狙撃して見事に倒している。
音響監督を担当した浦上靖夫のアイディアで、メンデルスゾーンの「夏の夜の夢」の序曲（列車到着の場面など）およびスケルツォ（ドリーマーズランド到着前の戦闘アトラクションの場面）がBGMに使われていた。
本作に登場したひみつ道具「ぺたり手ぶくろとくつ」は、25年も前の原作漫画（「小学二年生」1970年4月号掲載『ペタリぐつとペタリ手ぶくろ』）で初登場して以来であり、ドラえもんの道具の中では最も登場期間にブランクがある道具である。
ドラえもんは当初、スネ夫のことを「スネ夫くん」と呼んでいるが、なぜか途中から「スネ夫」と呼ぶようになる。
映画の結末では、漫画版にはない「のび太たち現代人とアストンたち未来人の和解」のシーンが描かれている。
「宇宙を走る蒸気機関車」として、少なからず松本零士の漫画作品『銀河鉄道999』の影響を受けている。特に機関車が地球、惑星を背景にして走るシーンは、『銀河鉄道999』においては非常に代表的なものである。ちなみに、スネ夫役の声優肝付兼太は、999号の車掌役を務めていたことで知られる。
禁断の星でボームが見つけた地底坑道図のレベル3の図にはM1911A1、Type 64、H&K PSG-1、P226、M92F、AK47やM16など色々な銃の名が記されている。