Chuck Bartowski è un ventenne di Burbank, California, dove lavora come esperto di computer nel negozio di elettronica Buy More, insieme al suo migliore amico Morgan Grimes. Vive con la sorella Ellie e il cognato Devon "Capitan Fenomeno" Woodcomb, entrambi medici, che non perdono occasione per incoraggiare Chuck sia nella vita professionale che sentimentale. All'inizio della prima stagione Chuck riceva una mail da Bryce Larkin, suo compagno all'Università di Stanford, che ora si rivela quindi agente della CIA. Quando apre la mail, l'intero database governativo contenente segreti militari, un supercomputer neurale chiamato Intersect, si installa nel suo cervello. Sia la Sicurezza Nazionale che la CIA inviano degli agenti, rispettivamente il maggiore John Casey e l'agente Sarah Walker, per recuperare i dati. Dal momento che le informazioni inviategli da Bryce sono state distrutte dal loro database originario, e poiché attraverso dei "flash" il database nel suo cervello si attiva automaticamente alla vista di volti, voci, parole chiave contenuti nei fascicoli segreti...