Chuck se retrouve en possession de renseignements ultra-secrets qu'il a reçu par mail de la part de Bryce Larkin, un ancien coloc, qu'il croyait devenu comptable. Il ignore tout des informations capitales qu'il détient jusqu'à ce qu'il soit contacté par la la CIA et la NSA...

Avec dans sa tête des renseignements top-secret, Chuck est très précieux. Pour veiller sur lui, deux agents ont été dépêchés sur le terrain, sous couverture. Casey, de la NSA, travaille à ses côtés. Et Sarah, de la CIA, se fait passer pour sa petite amie. Chuck apprend qu'un médecin pourrait l'aider à sauvegarder les informations qu'il détient...

Big Mike confie à Chuck une mission pour qu'il prouve sa motivation pour le poste de manager. Dans le même temps, le jeune homme apprend, non sans angoisse, qu'il va effectuer sa première mission d'agent secret sur le terrain. Sarah et John ont en effet besoin de lui pour identifier un redoutable tueur surnommé "La Ciudad"...

Sarah et Casey doivent aider Carina, un agent de la DEA à s'emparer d'un précieux diamant dont est en possession un dangereux dirigeant d'un cartel de la drogue. Sarah met en garde Chuck contre le comportement imprévisible de leur nouvelle partenaire. Intriguée, Carina cherche à en savoir plus sur Chuck...

Grâce à sa mémoire exceptionnelle, Chuck identifie une espionne chinoise, Mei-Ling Cho, à Chinatown. Avec Sarah et Casey, ils décident de la surveiller pour découvrir ce qu'elle prépare. Pas facile pour Chuck de jongler entre les impératifs de sa mission, son meilleur ami qui a besoin de son aide, et sa soeur qui compte sur lui...

Chuck rencontre par hasard un jeune homme en fuite qu'il identifie grâce à Intersec comme un agent fédéral, un gros cerveau d'une importance capitale pour la sécurité nationale. Chuck est confronté à un terrible dilemne : doit-il aider ce jeune homme désemparé, ou le livrer à Sarah et Casey ?

Chuck apprend que l'un de ses anciens professeurs de Stanford, Fleming, est de la CIA et qu'il est porté disparu. Le jeune homme refuse de remettre les pieds dans cette école dont il a été expulsé après la trahison de Bryce Larkin, qu'il croyait être son ami...

Chuck rencontre une jolie fille avec un nom inhabituel, ce qui provoque un conflit. Au même moment, sa sœur tombe entre les mains d'une personne que le gouvernement cherche à appréhender.

Une surprenant tendance à la jalousie se déclenche en Sarah lorsque Chuck rencontre une Sandwich-maker du nom de Lou (Rachel Bilson). Cette situation est rendue encore plus difficile quand il est découvert que Lou est impliqué dans un trafic de bijoux. Pendant ce temps, Morgan rencontre une femme mystérieuse dont il tombe amoureux...

Pendant que Chuck et ses amis fêtent Thanksgiving, Bryce Larkin (le meilleur ami de Chuck à la fac, mais aussi son pire ennemi) réapparait alors qu'il était laissé pour mort. Il demande l'aide de Chuck afin de prouver à Sarah, Casey et à la CIA qu'il n'est pas un traître que l'on dit. Cependant la jalousie de Chuck face à l'ancien amour de Sarah risque de compliquer la tâche... Pendant ce temps là, la troupe du Nerd Herd s'apprêtent à vivre la pire journée de l'année, le début des soldes (“le vendredi noir”) ! Morgan est chargé des opérations. Se montrera-t-il à la hauteur ?

Nous sommes juste avant les fêtes de Noël, et c’est l’effervescence au Buy More, où l’on prépare la fête de Noël des employés. Suite au baiser échangé avec Sarah, Chuck est plus conscient que jamais que la belle espionne a encore des sentiments pour Bryce. Mais il doit maintenir sa couverture avec Sarah, malgré une certaine tension entre eux, en se faisant passer pour mari et femme lors d’un gala de charité. Pendant ce temps, Morgan, après avoir soupçonner Anna de tous les mots, va rencontrer ses parents, et se retrouver malgré lui au cœur de l’action...

Casey a un passé. Un passé douloureux puisque contenant la mort brutale d'une jeune demoiselle dont il était éperdument amoureux : Lisa Trinchina . Le problème est qu'en fouinant sur la liste d'invité d'un mariage sur le site web d'un grand hotel de la région que Jeff a piraté, Chuck flash sur plusieurs noms de mafieux russe...dont celui de Lisa Trinchina. Il semblerait que Casey ait loupé quelque chose...

Devon vient voir Chuck au buy more pour lui demander sa bénediction puisqu'il compte épouser Ellie. Au passage Devon lui confie l'inestimable bague de famille qu'il compte offrir à Ellie pour cette grande occasion. Dans le même temps Chuck découvre un micro espion dans le buy more. Il en parle alors à Casey pensant que c'est l'un des siens. Pourtant Sarah et Casey se rendent compte rapidement que ce micro appartient à Fulcrum. Il faut donc absolument retrouvé le récepteur qui a sans doute enregistré des conversations révélant que Chuck est l'Intersect, et cela avant les agents de Fulcrum. Si ils n'y arrivent pas, Chuck sera pour des raisons de sécurité vis a vis des secrets qu'il connait, condamné à vivre dans un bunker sans contact avec la civilisation...Et si il était déjà trop tard ?