Trong các tập truyện, Doraemon đều được vẽ với hình dáng tròn ủng như trái banh và bàn tay của cậu cũng vậy (Nobita đã lợi dụng điểm yếu này để cậu thường bị thua ở trò oẳn tù tì do chỉ ra được có nắm đấm). Cả người cậu có màu xanh lam, riêng phần trước ngực, nơi đeo túi thần kỳ và phần mặt thì có màu trắng. Ở vài tập truyện đầu tiên, hình dáng Doraemon được vẽ với đầu nhỏ nhưng thân hình lại to. Nhưng sau đó thì Doraemon trở nên cân đối hơn. Doraemon có một cái mồm rộng đến nỗi có thể nuốt vừa một cái chậu lớn. Các số đo thân hình của Doraemon như sau:

• Chiều cao: 129,3 cm
• Cân nặng: 129,3 kg (Nobita cõng Doraemon)
• Nhảy cao: 129,3 cm (khi thấy chuột)
• Công suất tối đa: 129.3 bhp
• Vòng bụng: 129,3 cm
• Đường kính chân: 129,3 mm
• Tốc độ chạy: thông thường: 50 m/s - khi gặp chuột: 129,3 km/h

Như vậy các số đo của Doraemon có một điểm chung: đều là con số 129,3. Ngoài ra, ngày sinh của cậu là 3/9/2112 hay 12/9/3)

Vì đây là một cậu mèo máy robot của thế kỉ XXII, nên các bộ phận của Doraemon đều có công nghệ cao. Các tính năng ưu việt (nhưng cũng có khi bị hỏng) được kể ra dưới đây:

• Đầu: đầu Doraemon có cài đặt một máy tính xử lý thông tin thông minh bên trong, làm cho cậu có thể giao tiếp bằng tiếng Nhật và nhận biết được mọi thứ xung quanh y như con người. Nhưng không được nhạy cảm như mong đợi, Doraemon gặp nhiều khó khăn trong việc xử lý các con số, lấy nhầm bảo bối khi cuống lên,... Đầu Doraemon còn cứng như đá, đến sư tử lẫn cá mập cắn còn phải gẫy răng, và thật ra cũng là một loại vũ khí rất đắc lực. cậu có thể sử dụng nó để tông vỡ cửa sổ, nổ bình khí gas (Nobita và Vương quốc trên mây), làm kẻ thù bất tỉnh (Nobita và vương quốc robot),...
  • Khuôn mặt: Khuôn mặt Doraemon tròn, với chiếc mũi đỏ và 6 sợi ria mép dài bằng nhau. Doraemon rất ghét khi người ta gọi cậu là chồn hay hồ li.
  • Mắt: Mắt ngoại tuyến, nhìn ban đêm rõ như ban ngày.
  • Mũi:Tròn và màu đỏ như đuôi, siêu thính, độ nhạy gấp 20 lần mũi người (nhưng hiện tại đã bị hư).
  • Râu (hay ria mép): 6 sợi râu rađa, có thể nắm bắt được thông tin từ xa, hiện tại đang chờ sửa chữa.
  • Miệng: Miệng rộng đến nỗi có thể nuốt cả cái chậu rửa mặt. Răng của Doraemon chỉ được nhìn thấy khi nổi giận (cũng giống với các nhân vật khác).
• Chuông: Được treo trên cổ, có màu vàng, đây là vật đặc trưng của cậu mèo máy, nó cũng được các loại robot khác sử dụng. Khi rung chuông sẽ tạo ra một làn sóng âm thanh đặc biệt và kêu gọi những bạn bè của mèo ú. Nhưng hiện nay cũng đã bị hư, thay vào đó là chiếc chuông camera mini (Nobita và hành tinh muông thú). Trong Nobita và viện bảo tàng bảo bối, Doraemon sẽ ngày càng bị mất hết tư duy và trở thành như một cậu mèo bình thường nếu bị mất chuông.
• Da là một chất đặc biệt chống lại sự ăn mòn kim loại, có độ bền cao, chống bụi. Nhưng nó vô dụng khi gặp thời tiết lạnh hay nóng quá. Bên trong là lò nguyên tử, tạo ra năng lượng cho mèo ú. Trong tập phim 2112: Doraemon ra đời, da vốn là màu xanh lam, còn màu vàng chỉ là nước sơn và chuyển sang màu xanh khi cậu khóc quá nhiều. Ngoài ra, da ở phần chân có thiết bị phản trọng lực, vì vậy chân Doraemon luôn cách mặt đất 3 mm (cũng là lý do mà cậu chả bao giờ đi giày).
• Tay: Hình tròn trắng và không có vân tay. Doraemon thường bị thua trong những cuộc thi "oẳn tù tì" do chỉ ra được nấm đấm, và Nobita đã biết lợi dung điều bất tiện này (ra kéo hoặc bao,...). Nhưng có lực hút và cầm được mọi vật không cần ngón.
• Túi thần kỳ: Sử dụng công nghệ không gian 4 chiều, một kho chứa vô tận. Doraemon thường đeo nó ở trước bụng và cất giữ bảo bối, cậu có một chiếc tương tự gọi là túi sơ-cua để dưới gối, dùng khi quên mang theo và thông hai đầu với nhau. Ngoài ra nó còn được dùng để chứa các thứ linh tinh khác như bánh rán, chén đũa,...
• Chân: Chân dẹt màu trắng, có thể bước đi nhẹ nhàng không gây tiếng động.
• Đuôi: Hình tròn màu đỏ, đây là công tắc toàn bộ hệ thống của Doraemon, nếu kéo nó Doraemon sẽ rơi vào trạng thái bất động, được sử dụng để tiết kiệm năng lượng. Nhưng trong bộ truyện màu phát hành năm 1970, khi kéo cái đuôi, Doraemon lại tàng hình.

Doraemon là robot mèo máy cũ xảy ra sự cố, đó là lý do khiến các bộ phận như "chuông gọi mèo" và "Râu ra-đa" hỏng liên tục, ngoài "thiết bị cảm nhận âm thanh từ xa". Vì vậy, thi thoảng cậu cũng tự trang bị cho mình những linh kiện mới rẻ tiền. Như trong tập truyện dài Doraemon: Nobita và hành tinh muông thú, cậu thay chuông gọi mèo thành máy chụp hình mini treo cổ, dù các bộ phận khác vẫn bị bỏ rơi và chưa được đem đi sửa. Thực tế hơn, thế giới tương lai của Doraemon quy định mỗi năm phải đi kiểm tra sức khỏe toàn diện định kỳ một lần (Doraemon bị ốm?, tập 45). Khi đó, những bộ phận hỏng hóc sẽ được sửa chữa. Nhưng những thiết bị hỏng hóc trên người Doraemon cứ như vậy mãi do cậu không chịu đi kiểm tra, sợ khám sức khỏe vì cho rằng nếu vậy thì Nobita sẽ không thể sống tốt như trước.