言い訳や屁理屈は異常に上手いが自信家の割には軽率で油断しやすい。また、思考が極めて単純かつ妙に常識に囚われやすく、柔軟（ひみつ道具の使い方を除く）な考えができず、すぐ調子に乗ってしまう（また、人の意見にも流されやすい）。それが原因でさまざまなトラブルを抱えることがしばしばある。よけいな口を滑らせてジャイアンを怒らせ殴られたり、持っていたひみつ道具を奪われたり、調子に乗って軽はずみにできもしないことを広言し、困り果ててドラえもんに泣きつくことも多い。また、「できなかったら鼻でスパゲティーを食べる」「目でピーナッツを噛む」と無茶な約束をし、結局はできない（不可能だったわけではなく、のび太の優しさが災いしたといえる場合も多いが）ため、ドラえもんに泣いて懇願し、「できることかできないことか考えてからしゃべるもんだ！」と怒った彼と言い争いになることも。自分の思い通りにならないと感情的になり、両親やドラえもんに叱られたときに声を荒らげてしまい、ドラえもんと喧嘩することもある。また、スネ夫とジャイアン、大好きなしずか（※ただし、アニメ版ではしずかに対して声を荒らげるシーンの描写は少ない）に対しても声を荒らげる場合もある。しずかにとんでもないイタズラをし、面白がることもある。
その場の空気を読まないことが多く、見当はずれなことを言ってしまい、ムードを盛り下げてしまうことがある。また、初対面のおばさんに対して（ひみつ道具の影響もあるものの）サルと言ったり、草花を植えたジャイアンに対し、みんなが彼を誉める中、のび太は「がらにもないこと」といい、ジャイアンを怒らせてしまったこともある（ほうほうのていで逃げ出した後に、「ぼくはつい本当の事を言う」とボヤいている）。
ジャイアンやスネ夫に濡れ衣を着せられることも多い。特にスネ夫に「ガラスを割った」という濡れ衣を着せられた時は「犯人を突き止めてやる」と言って、過去に行ったものの結局は本人の自己責任であることが判明し、罪悪感を感じたスネ夫が謝りに来た時には自分が犯人だったと言えるはずもなく「過ぎたことだから」と言って許した。
ひみつ道具を調子に乗って使い過ぎたり悪用してしばしば失敗している。