Chuck Bartowski est un geek de l'informatique qui est propulsé dans une nouvelle carrière en tant que l'agent secret le plus vital du gouvernement. Lorsque Chuck ouvre un e-mail subliminalement codé avec des secrets gouvernementaux, il télécharge sans le savoir un serveur entier de données sensibles dans son cerveau. Avec les secrets les plus précieux du gouvernement dans la tête de Chuck, le Major John Casey de la National Security Agency prend la responsabilité de le protéger. Son partenaire est la meilleure agente de la CIA, Sarah Walker.