Chuck Bartowski est un nerd, un passionné d'ordinateurs qui travaille au Buy More de Burbank, une grande surface d'électroménager et d'électronique, plus particulièrement dans le SAV informatique appelé Nerd Herd, qui est une parodie de Geek Squad.

En tant que nerd, il n'est pas très doué avec les filles. Sa soeur Ellie, qui sort avec Devon Woodcomb, alias « capitaine Trop Top » (Captain Awesome en version originale), le pousse d'ailleurs gentiment à tenter sa chance.

Mais sa vie va basculer le jour où Bryce Larkin, son ancien meilleur ami de l'Université Stanford, lui envoie un e-mail mystérieux qui contient toute la base de données cryptées réunissant les informations de la NSA et de la CIA, l’Intersecret (Intersect en version originale). L'inconscient de Chuck détient alors toutes les données de ces deux agences qui se révèlent par des flashs à la vue de certains objets ou personnes.

Arrivent aussitôt John Casey de la NSA, un homme d’une grande force physique, intelligent et surtout fidèle à son pays ainsi que Sarah Walker de la CIA, une très belle femme pleine de talents et de charme, qui l'initient au monde de l'espionnage et tentent de le protéger au cours de toutes ses aventures.

Sa vie est alors partagée entre Sarah, son meilleur ami Morgan Grimes, sa soeur Ellie, son emploi au Buy More, les missions d'espionnage et les mystères de sa vie.