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.
Le pauvre Raj fait face à sa solitude, voyant tous ses amis heureux en couple. De son côté, Howard se retrouve coincé dans une dispute entre sa femme Bernadette, et sa mère. Ce dernier est pourtant en plein voyage dans l'espace.
Lors d'une soirée entre filles, Penny avoue à Amy et Bernadette qu'elle n'est pas sûre de ses sentiments pour Leonard. Elle songe même à le quitter. Amy révèle accidentellement cette information à Sheldon, qui supplie Penny de changer d'avis. De son côté, Stuart est invité à participer aux soirées de la bande. Sheldon, d'abord réticent, lui demande de se comporter de la même façon qu'Howard...
Sheldon embauche une assistance, Alex. La jeune femme est particulièrement séduisante et ne manque pas de rendre Amy jalouse. Alex s'est en réalité entichée de Leonard. Penny, contrariée, essaie discrètement de savoir ce qu'en pense le garçon. De son côté, Howard apprend que son séjour dans l'espace est prolongé. Complètement paniqué, il demande à Bernadette de venir le sauver...
Howard est de retour après son séjour dans l'espace et espère un accueil triomphal. Mais Bernadette a prévu un dîner romantique et demandé aux autres de les laisser seuls. Malheureusement, la jeune femme tombe malade. Howard décide alors de rendre visite à sa mère, qui n'est pas disposée à le recevoir. Chez Leonard, Amy et Penny se sont lancées dans une série de défis contre Leonard et Sheldon...
Stuart et Raj décident d'organiser une fête d'Halloween à la librairie. Amy et Sheldon ne parviennent pas à se mettre d'accord sur les costumes à porter pour l'occasion : Amy veut se déguiser en couple célèbre, tandis que Sheldon ne pense qu'aux personnages de Star Wars. Howard parle sans cesse de son expérience dans l'espace. Bernadette lui avoue que sa nouvelle manie agace tout le monde...
Penny avoue à Leonard qu'elle veut retourner à l'université pour suivre des cours d'histoire, espérant que ce dernier n'en fera pas une maladie. De son côté, Sheldon lance une invitation au physicien Stephen Hawking, son idole, pour qu'ils jouent ensemble à un jeu en réseau. Lorsque celui-ci accepte, Sheldon se montre tout excité...
Howard envisage de quitter le domicile de sa mère, mais culpabilise à l'idée de la laisser seule. Bernadette fait tout pour le pousser à emménager avec elle. Perplexe, Sheldon se retrouve au beau milieu d'une dispute entre sa petite amie et Whil Wheaton. Amy lui demande d'arbitrer le conflit...
Howard s'étonne de constater que Sheldon disparaît tous les jours à la même heure pendant 20 minutes et demande à Raj de l'aider à découvrir son secret. Leonard se montre jaloux à l'égard du nouveau camarade de fac de Penny...
Howard tente se rapprocher de son beau-père à la faveur d'une partie de pêche arrangée par Bernadette, mais il constate bien vite qu'ils sont tous les deux très différents. Sheldon doit prendre soin d'Amy, malade. La jeune femme espère profiter de la situation...
Léonard, Sheldon, Howard et Raj organisent une partie de «Donjons et Dragons» sur le thème de Noël. Sheldon en profite pour avouer qu'il déteste le père Noël depuis qu'il a 8 ans. Les filles, qui n'ont pas été conviées à l'événement, décident d'aller boire quelques verres en ville. Raj, exclu du jeu, les accompagne...
Alex ne cache plus son attirance pour Leonard et tente de le séduire. Sheldon, qui ne conçoit pas que son assistante pense à autre chose qu'à son travail, décide d'éclaircir la situation. Mais la conversation tourne mal, et Alex se plaint aux ressources humaines...
La petite bande entreprend un long voyage pour se rendre à une convention de comic books à Bakersfield. En cours de route, la voiture de Leonard malencontreusement est volée. Nos amis sont d’autant plus désemparés qu’ils sont tous déguisés en des personnages de la série "Star Trek: The Next Generation"...Pendant ce temps, les filles, restées à la maison, décident d'explorer un comic book...
Sheldon, contraint de travailler avec Barry Kripke, essaie de mettre un terme à leur collaboration. Il finit par inventer des mensonges qui pourraient le mettre dans une situation embarrassante. Howard et Raj dépensent une énorme somme d'argent pour faire fabriquer des figurines d'eux-mêmes...
Léonard en veut à Sheldon, qui lui a raconté la fin des romans «Harry Potter». Il décide alors de quitter la colocation et d'emménager avec Penny. Amy saute sur l'occasion et propose à son petit ami de prendre la place de Leonard. Mais Sheldon n'est pas convaincu...
Sheldon demande à son assistante d'acheter à sa place un cadeau de Saint-Valentin pour Amy. Une dispute éclate entre Leonard, Penny, Howard et Bernadette, lors d'un dîner entre couples. Raj et Stuart se rebellent contre le romantisme ambiant et organisent une fête pour célibataires au rayon des comics...
Raj, qui n'a décidément pas de chance dans sa vie sentimentale, a rendez-vous avec Lucy, une jeune femme rencontrée à la librairie. Mais la soirée tourne au désastre lorsqu'elle s'échappe par la fenêtre des toilettes du restaurant. Raj est dévasté et décide de s'enfermer chez lui pour déprimer. Sheldon invite Penny à participer à son émission sur les drapeaux...
Raj organise un nouveau rendez-vous avec Lucy. La jeune femme tente de soigner ses problèmes d'anxiété, mais ses tentatives sont laborieuses. Leonard, Sheldon et Howard donnent des cours de sciences devant des étudiants. Pendant ce temps, les filles décident d'aller passer la journée à Disneyland plutôt que de rester coincées au bureau...
Penny et Leonard décident d'inviter leurs amis à dîner. Cette fois, pas de plats à emporter, mais une soirée dans les règles de l'art. Lors d'un repas chez Bernadette, Sheldon finit par mettre de l'ordre dans les placards de Howard. Il y retrouve une lettre que son père lui a envoyé pour ses 18 ans. Howard ne l'a jamais ouverte...
Après la mort d'un professeur, Leonard, Sheldon et Raj postulent pour obtenir leur titularisation au sein de l'université. Chacun va plaider sa cause auprès de la directrice du service des ressources humaines. La compétition fait rage et les filles ne tardent pas à se mettre elles aussi en rang de bataille...
Sheldon est désemparé depuis l'arrêt de son émission de télévision préférée. Comme le dernier épisode ne lui a pas fourni les réponses escomptées, le jeune homme demande à la chaîne de lui révéler la suite des événements. De son côté, Raj découvre avec stupeur l'un des secrets que lui cache Lucy. Sa nouvelle petite amie tient un blog, où elle se confie sans scrupule...
Bernardette et Howard proposent à Raj de garder son chien, mais ne tardent pas à le regretter. Sheldon et Leonard découvrent que l'idole de leur enfance, le professeur Proton, se produit désormais à domicile. Très enthousiastes, ils décident de faire venir le scientifique pour l'après-midi...
Les filles, qui avaient prévu un voyage à Las Vegas, doivent se rabattre sur une partie de "Donjons et dragons" avec Howard, Leonard et Sheldon. De leur côté, Raj et Lucy dînent au restaurant. Le jeune homme encourage sa petite amie à s'affirmer publiquement, notamment en renvoyant un plat en cuisine...
Léonard reçoit une proposition pour une recherche scientifique menée par son idole Stephen Hawking. Cette mission de quatre mois en mer du Nord n'est pas au goût de Penny, et rend par la même occasion Sheldon jaloux. De son côté, Raj exige toujours plus de Lucy dans leur relation, ce qu'elle ne semble pas prête à supporter.
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