世界闻名的凯达博士驾驶自制的时间飞船试飞时，意外发现了W宝石和鹦鹉梦梦。W宝石也引来了虎视眈眈的敌人妖尼、格鲁和发沙的觊觎。在这之后，凯达博士带领着助手丹平（太田淑子 配音）和淳子（冈本茉莉 配音）机器人小精灵及鹦鹉梦梦，驾驶着时间飞船游走于历史各个时代寻找W宝石。他们的敌人妖尼一伙也乘着时间飞船跟博士他们抢夺W宝石。在他们的激战中，邪恶的妖尼一伙屡次要释放炸弹把博士他们炸死，但每每失手，炸弹每次都落到他们自己头上。每次辛苦找到的W宝石，不知道为何都会变成普通的石头，可怜的妖尼只能望着星空悲叹

ついに完成したタイムマシン・タイムボカンの試運転で、どこかの時代へとタイムスリップした木江田博士。しかし、戻ってきたタイムボカンには博士の姿は無く、オウムのペラ助と、宇宙一高価と言われる宝石「ダイナモンド」が残されていた。博士の助手の丹平と孫娘の淳子は、タイムボカンで博士の捜索を開始。しかし、悪玉トリオのマージョ一味も、ダイナモンドを狙って丹平たちを追いかける