形状的时间机器，就是如片名所称的「时间飞船」（タイムボカン）。为了证明它性能的安全与稳定，博士决定亲自乘坐它进行一次时间旅行。没想到，等到时间飞船好不容易回来的时候，里面却空无一人，只有一只会说话的，自称「梦梦」的鹦鹉。它的脖子上还戴着一块硕大的宝石，据说这就是这世界上最无价的矿物「W宝石」...现在，木江田博士的两个小助手：丹平和淳子，将要和他们制作的小机器人「小机灵」和鹦鹉梦梦一起出发，乘坐「时间飞船1号」穿越时空去把博士找回来。但是另一方面，以大小姐为首的「三恶」却正在对「W宝石」虎视眈眈