Ex-Stanford-Student Chuck (Zachary Levi) ist, das was man einen Nerd nennt. Computer sind für ihn alles, wobei er sein Talent beim Reparaturservice eines Elektronikkaufhauses verschwendet und am liebsten mit Kumpel Morgan (Joshua Gomez) Videospiele zockt. Seine Schwester Ellie (Sarah Lancaster) und deren von allen nur „Captain Awesome“ genannter Freund (Ryan McPartlin) verzweifeln schon lange dabei, dem Geek endlich mal eine Freundin zu beschaffen. Doch von einem Tag auf den anderen ändert sich Chucks Leben völlig. Sein einstiger Collegemitbewohner Bryce Larkin (Matthew Bomer) arbeitet mittlerweile für die CIA und versucht, seinen Arbeitgeber aufs Kreuz zu legen. Er hackt sich in einen geheimen Computer, in dem CIA und NSA alle geheimen Daten gespeichert haben, kopiert diese und zerstört das Original. Doch bevor er fliehen kann, wird er erschossen. Mit letzter Kraft verschickt er die Daten noch per Mail und wählt ausgerechnet Chuck als Empfänger. Doch damit noch nicht genug: Durch unerklärliche Umstände brennt sich die streng geheime Bilderflut beim Öffnen der Mail in Chucks Gehirn. CIA und NSA nehmen natürlich sofort die Spur auf. Während die CIA die smarte Agentin Sarah Walker (Yvonne Strahovski) schickt, die plant, erst einmal das Vertrauen von Chuck zu gewinnen, um zu ermitteln, ob er zu den Guten oder den Bösen gehört, setzt das NSA John Casey (Adam Baldwin) auf den Fall an. Der ist für seine wenig zimperlichen Methoden bekannt und auch bereit, Chuck auszuschalten. Obwohl beide Agenten konkurrieren, haben sie ein gemeinsames Ziel: alle Kopien der geheimen Daten zu zerstören. Doch noch ahnen sie nicht, dass die Kopie in Chucks Gehirn ist.
S01E02 - Chuck gegen den Helicopter
Da NSA und CIA sich im Umgang mit Chuck (Zachary Levi) nicht einig sind und beide Behörden sich misstrauen, wurde ein Arrangement getroffen. Er wird von jeweils einem Vertreter jeder Behörde rund um die Uhr bewacht. Und so gibt CIA-Agentin Sarah Walker (Yvonne Strahovski) nun vor, Chucks Freundin zu sein und nimmt eine Stelle im Fast-Food-Restaurant gegenüber von Chucks Arbeitsstelle an, während NSA-Agent John Casey (Adam Baldwin) in der Nachbarschaft einzieht und als Verkäufer im Elektroladen arbeitet. Doch bald soll der Ärger für Chuck vorbei sein, denn ein Dr. Zarnow (John Fleck) wird von den Behörden geschickt, um ihn zu untersuchen und die Geheimnisse aus seinem Gehirn zu entfernen. Doch nach der Erstuntersuchung explodiert Zarnows Auto und sowohl Sarah als auch Casey behaupten Chuck gegenüber felsenfest, dass der jeweils andere den Mord verübt hat und nun Chuck ausschalten will. Der weiß bald überhaupt nicht mehr, wem er vertrauen soll.
S01E03 - Chuck gegen den Tango
Ein international gesuchter Waffenhändler und Killer wird auf einer Kunstaktion auftauchen. Das Problem: Niemand kennt ihn. Alle Informationen, die CIA und NSA hatten, fanden sich auf dem Supercomputer, dessen Inhalt nun in Chucks (Zachary Levi) Gehirn ist. Der Spion wider Willen soll daher auf seine erste Mission geschickt werden und den Killer identifizieren. Dabei hat er gerade bei der Arbeit im Elektronikmarkt richtig Stress. Denn Boss Big Mike (Mark Christopher Lawrence) macht ihm deutlich, dass entweder er oder sein verhasster Konkurrent Harry Tang (C.S. Lee) zum Assistant Manager befördert wird und, um seine Chance zu wahren, müsste Chuck eigentlich Überstunden schieben.
S01E04 - Chuck gegen den Yeti
Chuck (Zachary Levi) ist genervt davon, dass er absolut nichts über Sarah (Yvonne Strahovski) weiß und dabei spielt die Agentin ja seine Freundin. Aber er kennt nicht einmal ihren wahren Namen. Doch das Schlimmste ahnt er noch nicht. Der ihm verhasste Bryce Larkin (Matthew Bomer) war nicht nur ihr Partner, sondern auch ihr Lebensgefährte. Doch genau das droht ans Licht zu kommen, als die hübsche Carina (Mini Anden) erscheint, eine Agentin und Freundin von Sarah, die ein Auftrag nach Los Angeles führt. Sarah und Casey (Adam Baldwin) bekommen die Order, gemeinsam mit Chuck Carina dabei zu helfen, einen Diamanten von Waffenschmuggler Payman Alahi (Iqbal Theba) zu stehlen. Doch Carina interessiert sich sehr schnell auch für Chuck, will sie doch wissen, was so außergewöhnlich an dem Nerd ist. Verkompliziert wird die Situation durch Chucks Kumpel Morgan (Joshua Gomez), der mit Carina seine Chance gekommen sieht, auch eine heiße Freundin aufzureißen.
S01E05 - Chuck gegen die Shrimps
Sein Doppelleben bereitet Chuck (Zachary Levi) privat immer mehr Probleme. Sein bester Freund Morgan (Joshua Gomez) ist sauer, weil er ihn kaum noch sieht und auch seine Schwester Ellie (Sarah Lancaster) macht sich Sorgen, weil sie bemerkt, dass ihr Bruder Geheimnisse vor ihr hat. Daher will Chuck mit Sarah (Yvonne Strahovski) einen von Morgan geplanten, speziellen Abend verbringen und mit Ellie steht ihr gemeinsamer, jedes Jahr besonders gefeierter „Muttertag“ vor der Tür. Doch beim Ausflug mit Sarah und Morgan erkennt Chuck in einem chinesischen Restaurant, die sich dort als Kellnerin tarnende chinesische Agentin Mei-Ling (Gwendoline Yeo).
S01E06 - Chuck gegen den Sandwurm
Chuck (Zachary Levi) hat wieder Probleme auf der Arbeit. Sein Boss Big Mike (Mark Christopher Lawrence) macht ihm klar, dass die Beförderung an Tang (C.S. Lee) gehen könnte, wenn Chucks bester Kumpel Morgan (Joshua Gomez) weiterhin nichts als Streiche und Albernheiten im Kopf hat. So macht Chuck Morgan klar, dass es Zeit sei, erwachsen zu werden. Der bekommt das natürlich in den falschen Hals. Doch bevor sich Chuck darum kümmern kann, hat er einen seiner Flashs: Er erkennt das als gefährlich eingestufte Erfindergenie Laszlo Mahnovski (Jonathan Sadowski), der von der Regierung gesucht wird. Doch Mahnovski, Tüftler und kreativer Kopf hinter allen CIA-Gadgets, beteuert gegenüber Chuck seine Unschuld. Er sei seit seiner Jugend von der Regierung gefangen gehalten worden und habe Erfinden müssen. Nun konnte er aus den Fängen seines Wärters Agent Scary (Rick Hoffman) fliehen. Chuck erkennt einen Bruder im Geiste, zumal ihm Laszlo schnell klar macht, dass auch er eigentlich ein Gefangener ist…
S01E07 - Chuck gegen die Vergangenheit
Stanford-Professor Fleming (Scott Alan Smith) wurde von einem feindlichen Agenten aufgespürt und konnte gerade so entkommen. Der Prof arbeitet nämlich nebenher für den CIA, ist aber nun verschwunden. Da vermutet wird, dass er sich in Los Angeles versteckt, bekommen Sarah (Yvonne Strahovski), Casey (Adam Baldwin) und Chuck (Zachary Levi) den Auftrag, ihn zu finden. Doch Chuck weigert sich. Denn Fleming ist der Professor, der damals für seinen Rausschmiss aus der Uni sorgte. Doch dann hat Chuck einen Flash und muss erkennen, dass im nun in seinem Gehirn befindlichen Supercomputer auch eine Akte über ihn existiert. Doch warum? Der Einzige, der ihm eine Antwort geben könnte, ist Fleming...
S01E08 - Chuck gegen die Wahrheit
Die Fake-Beziehung zu Sarah (Yvonne Strahovski) macht Chuck (Zachary Levi) immer mehr zu schaffen. Als die schöne Kundin Lou (Rachel Bilson) im Laden mit ihm zu flirten anfängt, hat er keine Chance etwas zu erreichen, denn er hat ja angeblich eine Freundin. Und Captain Awesome (Ryan McPartlin) zieht ihn nur auf, da seine Beziehung nicht über Händchen-Halten hinaus kommt. Doch nach einem Abendessen mit Awesome und Ellie (Sarah Lancaster) hat Chuck erst einmal ganz andere Sorgen. Denn vor ihnen bricht ein Mann (Sanjay Chandani) zusammen, der von Ärztin Ellie sofort versorgt und ins Krankenhaus gebracht wird. Doch Chuck hat einen Flash und erkennt, dass der Mann mit nuklearen Abschusscodes zu tun hat. Was er noch nicht ahnt: Er wurde von dem Terroristen und Waffenhändler Reardon Paine (Kevin Weisman) mit einem tödlichen Wahrheitsserum vergiftet, um so an die Codes zu gelangen. Doch leider landeten die Codes in der Tasche von Ellie und so ist Paine nun hinter dieser her. Als er sie vergiftet, haben Chuck und sein Team nur noch wenige Stunden, um Paine und das Gegengift zu finden.
S01E09 - Chuck gegen die Salami
Chuck (Zachary Levi) hat die Fake-Beziehung mit Sarah (Yvonne Strahovski) beendet und geht nun mit Lou (Rachel Bilson) aus. Es beginnt hervorragend, doch dann hat Chuck im Anschluss an ein Date einen Flash: Lous Ex-Freund ist der Waffenschmuggler Stavros Demitrios (Theo Zouboulidis). Um herauszufinden, was der aktuell plant, soll Chuck dessen Kontakt suchen. Für die frische Beziehung mit Lou ist das natürlich alles andere als gut.
S01E10 - Chuck gegen den schwarzen Freitag
Nach dem Kuss von Sarah (Yvonne Strahovski) hofft Chuck (Zachary Levi), dass aus der Fake-Beziehung eine echte werden könnte. Doch genau in jenem Moment ist ihr Ex-Freund Bryce Larkin (Matthew Bomer) zurück von den Toten. Bevor er befragt werden kann, wie er überleben konnte und warum er Chuck die Daten des Intersects schickte, kann Larkin aus dem CIA-Gewahrsam entkommen. Kurze Zeit später taucht er bei Chuck auf und beteuert gegenüber diesem, kein Verräter und Doppelspion zu sein, sondern von Verrätern in den Reihen der CIA hereingelegt worden zu sein. Doch kann Chuck ausgerechnet seiner alten Nemesis trauen? Und wer ist der mysteriöse Tommy (Anthony Ruivivar)? Und was ist „Fulcrum“?
S01E11 - Chuck gegen das Falschgeld
Sarah (Yvonne Strahovski) entschließt sich, bei Chuck (Zachary Levy) zu bleiben und nicht in den Untergrund zu gehen. Doch sie macht klar, dass dies nichts mit Chuck persönlich zu tun habe, sondern es einfach ihr Job sei. Auch in der Folge stellt sie ihre Beziehung zu Chuck immer mehr auf eine professionelle Basis. Ausgerechnet in dieser Situation bekommt sie noch den Auftrag, sich an den kriminellen Milliardär Lon Kirk (Michael Wiseman) heranzumachen. Und Chuck reagiert natürlich eifersüchtig...
S01E12 - Chuck gegen die Undercover-Liebe
Chuck (Zachary Levi) hat einen neuen Flash und erkennt, dass eine große Gruppe russischer Gangster, Waffenhändler und Killer in einem Hotel abgestiegen ist. Doch er entdeckt unter den Hotelgästen noch eine weitere Person: Ilsa Trinchina (Ivana Milicevic), die Ex-Freundin von Casey (Adam Baldwin). Doch das kann eigentlich nicht sein, denn Ilsa starb vor einigen Jahren bei einem Bombenattentat in Grosny. Chuck, Casey und Sarah (Yvonne Strahovski) machen sich auf den Weg herauszufinden, was vor sich geht und müssen überraschend feststellen, dass Ilsa wirklich noch lebt. Nicht nur das, sie steht kurz vor einer Vermählung mit Verbrecherfürst Victor Federow (Pavel Lychnikoff)…
S01E13 - Chuck gegen den Fisch
Captain Awesome (Ryan McPartlin) kommt mit einer freudigen Überraschung zu Chuck (Zachary Levi). Er will Ellie (Sarah Lancaster) einen Heiratsantrag machen, bittet Chuck aber, bis dahin noch den Ring für ihn zu verstecken. Doch das ist der Anfang eines großen Ärgers. Chuck entdeckt im Buy More eine Wanze, die weder zu CIA noch zu NSA, sondern wohl zur Verbrecherorganisation Fulcrum gehört. Ist seine Tarnung aufgeflogen? Am nächsten morgen ist dann plötzlich der gesamte Buy More bis aufs letzte Staubkorn ausgeräumt und damit auch der in Chucks Spind versteckte Ring verschwunden. Die Bosse, General Beckman (Bonita Friedericy) sowie CIA-Director Graham (Tony Todd), geben ihren Agenten Casey (Adam Baldwin) und Sarah (Yvonne Strahovski) eine klare Anweisung: Wenn bekannt ist, dass Chuck der Intersect-Computer ist, dann muss er seine Familie und Freunde verlassen und in einem geheimen Bunker für sein restliches Leben versteckt werden.