Leonard et Sheldon sont des vrais nerds! Ils ont un doctorat en physique, mais leur vie sociale et amoureuse est plutôt un échec. Tout ça va changer avec l'arrivée de Penny, une nouvelle voisine. Blonde et jolie, cette serveuse et aspirante actrice tombe dans l'oeil de Leonard, qui espère découvrir avec elle de nouvelles possibilités... physiques! Sheldon, lui, préfère encore passer ses soirées en compagnie de ses amis, Wolowitz et Koothrappali, à jouer des jeux de geeks et à écouter Star Wars.
Sheldon donne des coups de pied à Amy pour travailler en solo, alors elle et Leonard se lient pendant une série d'expériences scientifiques ; Howard est remplacé par Bert dans Footprints on the Moon ; Penny s'avère être une source d'inspiration scientifique surprenante pour Sheldon. Howard et Raj commencent un groupe.