Chuck Bartowski (Zachary Levi), 26enne genio dei computer, svolge diligentemente il lavoro di consulente presso il "Buy More", catena di apparecchiature elettroniche. La sua vita cambia radicalmente il giorno in cui un ex collega universitario gli invia una mail contenente importanti segreti governativi; Chuck ne scarica inconsapevolmente il contenuto ritrovandosi catapultato in una nuova carriera, diventando l'agente segreto più importante degli Stati Uniti.
Così, invece di lottare contro i virus del suo computer, dovrà combattere con assassini e terroristi internazionali.
Da quel momento sarà una risorsa per la CIA e la NASA e verrà affiancato da due "supervisori": la bellissima Sarah Walker (Yvonne Strahowski) e il duro John Casey (Adam Baldwin).