Leonard Hofstadter et Sheldon Cooper, deux jeunes et brillants physiciens, partagent un appartement sur le campus du California Institute of Technology. Geeks dans l'âme, ils passent leur temps à discuter de théories scientifiques, de figurines, de jeux vidéo et de "Star Wars" avec leurs amis Howard Wolowitz et Rajesh Koothrappali, scientifiques comme eux. Lorsque Penny, une jolie serveuse, emménage dans l'appartement d'en face, leur univers s'écroule. Penny et Leonard se tournent autour dans une bonne partie de cette première saison. Les débuts d'une série au succès grandissant, que CBS faillit ne pas retenir. Voyant que ses démarches auprès de Penny ne mènent à rien, Leonard accepte une invitation de sa collègue Leslie Winkle. Celle-ci le séduit et les deux jeunes gens passent la nuit ensemble. Cependant Leslie est très claire : elle n'a aucune intention de s'engager dans une relation sérieuse. Dépité, Leonard cherche conseil auprès de Penny. La jeune femme a du mal à cacher sa jalousie jusqu'à ce qu'elle réalise que Leslie et Leonard ne sortent pas réellement ensemble. De son côté, Sheldon prend une décision capitale, après moults hésitations : dorénavant il mangera son hamburger quotidien dans un autre restaurant...