Essa comédia de ação de alto conceito segue um garoto comum de 26 anos que tem sua vida virada de pernas para o ar depois que seu amigo, um agente do serviço secreto americano, lhe envia um e-mail que faz com que todos os segredos do mundo fiquem inseridos no 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 o proteger, com a melhor agente da CIA, e também a primeira mulher com quem Chuck sai em anos, Sarah Walker.
Quando Chuck Bartowski (estrela da série ZACHARY LEVI) abre um e-mail subliminarmente codificado com segredos governamentais, ele sem querer baixa um servidor inteiro de dados sigilosos no seu cérebro.
Enquanto Chuck continua a lidar com sua nova vida como espião, a tensão aumenta entre seus recentemente designados parceiros, Sarah e Casey.
Chuck está descobrindo que viver duas vidas separadas não vai ser fácil.
Chuck assume uma tarefa incomum quando a amiga atraente de Sarah da CIA solicita ajuda com uma missão.
Chuck encara seu primeiro dilema moral como espião.
Quando Chuck conhece outro agente do governo com uma vida dupla, um gênio da engenhoca cujo cérebro é um bem da segurança nacional e uma perigosa responsabilidade -- assim como Chuck -- ele tem que decidir se entrega o agente a Sarah e Casey ou se o ajuda a escapar.
Quando Chuck descobre que seu antigo professor é um funcionário do governo que está sendo caçado por causa de um arquivo altamente sigiloso, ele volta à Universidade de Stanford, a instituição de onde ele foi expulso.
Chuck luta com sua real vida amorosa e com sua "falsa" vida amorosa quando ele conhece uma garota muito linda chamada Lou (estrela convidada recorrente RACHEL BILSON), que parece estar interessada no verdadeiro Chuck.
Quando Chuck começa a sair com Lou, uma preparadora de sanduíches, e as coisas parecem estar indo muito bem, a situação desperta ciúmes na "ex-namorada" de Chuck, Sarah, que descobre que seus sentimentos podem não ter sido só de fachada.
No Dia de Ação de Graças, Bryce (estrela convidada recorrente MATTHEW BOMER) retorna, depois de ter sido considerado morto.
Ainda se recuperando depois se dar conta de que Sarah ainda sente algo por Bryce, Chuck tem que assumir um disfarce como o marido de Sarah em uma missão para acabar com um falsificador e iatista com conexões políticas.
Chuck descobre que diversos traficantes de armas russos vão se encontrar secretamente em Los Angeles.
Capitão Incrível (estrela convidada recorrente RYAN McPARTLIN) pede a Chuck a mão de Ellie em casamento, e então insiste para que Chuck guarde o anel até o pedido de casamento ser planejado.
MICHAEL CLARKE DUNCAN ("The Green Mile") estrela como Colt, um espião ameaçador que tenta obter um dispositivo que dará origem a um novo Intersetorial. Chuck finalmente convida Sarah para sair.
Chuck aprende a arte da sedução com o amável espião Roan Montgomery (JOHN LARROQUETTE) para chegar perto do seu alvo, uma atraente mas perigosa Viúva-Negra (MELINDA CLARKE).
Chuck está com ciúmes porque Sarah e Bryce Larkin (estrela convidada recorrente MATTHEW BOMER) têm que posar como um casal que se ama. E Morgan tem que lidar com um valentão (MICHAEL STRAHAN - New York Giants).
Na estreia da terceira temporada, Chuck treina para se tornar um espião de pleno direito, mas atinge o fundo do poço quando as coisas não vão tão bem. Será que Chuck pode sair desse desânimo?
Chuck deve aprender a controlar suas emoções para que ele possa ser um espião... mesmo se ele ainda estiver apaixonado por Sarah. VINNIE JONES (Snatch) estrela como convidado.
Chuck deve usar seu relacionamento com Incrível para proteger um ditador visitante, Premiê Goya (ator convidado ARMAND ASSANTE), que é o alvo de um assassinato.
Na estreia da quarta temporada, Chuck e Morgan embarcam em uma missão em busca de trapaceiros ao redor do mundo para encontrar a mãe de Chuck, Mary Bartowski (LINDA HAMILTON). OLIVIA MUNN também estrela como convidada.
Chuck e Sarah viajam a Milão para recuperar uma arma secreta de alta tecnologia. Casey se esforça para criar raízes. KAROLINA KURKOVA, LOU FERRIGNO e ISAIAH MUSTAFA estrelam como convidados.
O passado de Chuck e Sarah volta para "atormentá-los" quando uma transferência de prisão leva velhos inimigos à Compre Mais. NICOLE RICHIE, STEVE AUSTIN e STACY KIEBLER estrelam como convidados.
Sem o Intersetorial na cabeça ou o apoio da CIA, o mundo da espionagem é mais perigoso para Chuck Bartowski e sua equipe. MARK HAMILL e CRAIG KILBORN estrelam como convidados.
As Indústrias Carmichael enfrentam a concorrência de uma empresa de segurança rival liderada pelo duro Gertrude Verbanski (CARRIE-ANNE MOSS - The Matrix). JEFF FAHEY, JUSTIN HARTLEY também estrelam como convidados.
Ser o Intersetorial está inflando o ego de Morgan e Chuck é testado como seu encarregado e amigo. Capitão Incrível faz uma revelação sobre Jeff e Lester. CARRIE-ANNE MOSS estrela como convidada.
Chuck conhece mais sobre o passado de Sarah quando eles se encontram com uma velha adversária dela do ensino médio, Heather Chandler (estrela convidada NICOLE RICHIE), e seu marido, Mark (estrela convidada BEN SAVAGE).
Quando Incrível é confundido com um super espião, Chuck deve ensiná-lo a ser um espião de verdade. Angie Harmon (Law & Order) e Brandon Routh (Superman Returns) estrelam como convidados.
Chuck e Sarah se esforçam para se comunicarem melhor e Incrível se reencontra com alguém do seu breve passado de espião: Generalíssimo Goya (ARMAND ASSANTE). TIA TEXADA e MEKENNA MELVIN também aparecem.
Chuck e Sarah têm que encontrar um assassino entre os funcionários na convenção de vendas da Compre Mais. Jeff mostra um lado diferente de si mesmo. DAVID KOECHNER e CATHERINE DENT estrelam como convidados.