Chuck Bartowski é um nerd de computadores que é catapultado para uma nova carreira como o agente secreto mais vital do governo. Quando Chuck abre um e-mail subliminarmente codificado com segredos do governo, ele, sem saber, baixa um servidor inteiro de dados sensíveis para seu cérebro. Com os segredos mais preciosos do governo na cabeça de Chuck, o Major John Casey da Agência de Segurança Nacional assume a responsabilidade de protegê-lo. Sua parceira é a melhor agente da CIA, Sarah Walker.