木江田博士（是科學家，在動畫片開始時成功研製了一台昆蟲形狀的時間機器，就是如片名所稱的「時間飛船」（タイムボカン）。為了證明它性能的安全與穩定，博士決定親自乘坐它進行一次時間旅行。沒想到，等到救難小英雄好不容易回來的時候，裡面卻空無一人，只有一隻會說話的，自稱「夢夢」的鸚鵡。它的脖子上還戴著一塊碩大的寶石，據說這就是這世界上最無價的礦物「W寶石」......
現在，木江田博士的兩個小助手：小星和小雲，將要和他們製作的小機器人「小嗶嗶」和鸚鵡夢夢一起出發，乘坐「藍鯨號」穿越時空去把博士找回來。但是另一方面，以大小姐為首的「三惡」卻正在對「W寶石」虎視眈眈......