Bên cạnh các loạt phim hoạt hình ngắn, Doraemon cũng có các tập phim chủ đề với thời lượng từ 95 đến 120 phút mỗi tập, được ra mắt lần đầu tiên trong năm 1980 và công chiếu định kỳ vào tháng 3 hàng năm. Riêng năm 2005, không có bộ phim nào được phát hành, do sự chuyển tiếp giữa hai giai đoạn 1979-2005 và 2005-nay. Kể từ năm 2006, các tập phim dài tiếp tục được công chiếu đều đặn, và đây cũng là dự định đã được ấp ủ từ lâu của tác giả Fujimoto.[12] Trong các bộ phim dài, Nobita và các bạn đã quay về thời kỳ khủng long, đến những nơi xa xôi trong dải ngân hà, vào đến trung tâm của rừng già châu Phi nơi mà họ đã gặp một giống chó có tính người, xuống tận dưới đáy đại dương, và vào cả trong thế giới phép thuật. Nhiều phim dựa trên những truyền thuyết và giả thuyết như Atlantis, thuyết Trái Đất rỗng[ct 3] hay tác phẩm văn học nổi tiếng như Tây Du Ký[ct 4] và Nghìn lẻ một đêm[ct 5], Những cuộc phiêu lưu của Gulliver. Một số phim có chủ đề khá nghiêm túc, đặc biệt là về việc bảo vệ môi trường và việc ứng dụng các công nghệ mới. Các chuyến phiêu lưu có thể là những cuộc du hành xuyên thời gian, các cuộc chiến tranh vũ trụ, đa vũ trụ hay khám phá những miền đất mới, hành tinh lạ, một thế giới xa xôi nào đó hoặc về lịch sử Nhật Bản. Một số bộ phim dài còn được phát hành đồng thời với những tập phim ngắn đặc biệt về nhóm bạn Nobita hoặc về nhóm Đội quân Doraemon, với thời lượng từ 15 đến 30 phút. Riêng tập Cậu bé quả đào với thời lượng 46 phút, được phát hành riêng[ct 6].

Các tập phim dài có thể hoàn toàn được làm mới hay xuất phát từ một mẩu chuyện ngắn nào đó. Nhiều bộ phim có cấu trúc gồm một phần ngắn nói về chủ đề của phim thông qua những giấc mơ của Nôbita hay một quyển sách cậu đọc được[ct 7]... và phần sau là sự hiện thực hóa những điều tưởng như viễn vông ấy. Kể từ năm 2005, bên cạnh những phim mới còn có những phim cũ được làm lại. Tập phim đầu tiên từ năm 1980 là Doraemon: Chú khủng long của Nobita 2006 và gần đây nhất Doraemon: Phiên bản mới • Nobita và nước Nhật thời nguyên thủy (2016), làm lại từ phiên bản năm 1989. Kể từ khi tác giả Fujiko F. Fujio qua đời, hãng phim Fujiko Prodution đã tiếp tục đảm nhận phần nội dung phim. Đến năm 2019, đây là một trong những loạt phim điện ảnh nhiều tập nhất với 39 tập và phim hoạt hình tại Nhật Bản cũng như trên toàn thế giới có nhiều tập phim chính nhất. Một số bộ phim đã được chuyển thể thành trò chơi điện tử như trò chơi Animal Wakusei Densetsu được chuyển thể từ bộ phim Nobita và hành tinh muông thú.[15] Với dự án "Sega=Doraemon", một vài bộ phim dài được Sega chuyển thể thành trò chơi video như Doraemon: Nobita và người khổng lồ xanh DS. Tập phim Nobita và hành tinh muông thú cũng được chuyển thể thành nhạc kịch và được ra mắt ngày 4 tháng 9 đến ngày 14 tháng 9 năm 2008,[3] tập phim này còn là tập phim dài đầu tiên được phát sóng tại Việt Nam vào ngày 7 tháng 12 năm 2012.