עונה רביעית לקומדיה הנצפית ביותר בארה"ב על ארבעת החנונים והיפיפייה שגרה מולם. האוורד מוצא שימוש לא שגרתי ליד רובוטית, ופני עוזרת לשלדון עם הדייט הראשון שלו.

שלדון מגיע למסקנה שהוא ימות לפני שתהיה טכנולוגיה שתאפשר לו להמשיך ולהתקיים בתוך גוף של רובוט. כתוצאה מאותה מסקנה, שלדון מחליט שעליו לנהל אורח חיים אולטרה בריא ומאוד זהיר...

כאשר שלדון נפרד מאיימי, החברים מתחילים לחשוש לשלומו כשהוא מתחיל להחליף אותה בחתולים...

וולוביץ מנסה לחזור לברנדט, ואילו שלדון וראג' יוצאים למלחמה באוניברסיטה.

לאונרד נכנס לדיכאון כשהוא מבין שלכולם יש חברה חוץ ממנו. בינתיים, איימי רוצה להכיר לשלדון את אמה.

כאשר אחותו של ראג' מגיעה לביקור בן יום אחד, הוא אוסר על חבריו להתחבר איתה, אבל הוא לא יודע שלאונרד ואחותו כבר התחברו מזמן...

כל החבורה מתוחקרת על ידי האף-בי-איי לצורך הסיווג הביטחוני של וולוביץ, אך שלדון פולט בטעות מידע שיכול לגרום לנזק...

כדי לראות את הסרט "שודדי התיבה האבודה" בגרסה מחודשת עם 21 שניות נוספות, הבנים מעבירים את הלילה בתור לבית הקולנוע, אך כאשר וויל ויטון וחבריו מורשים לדלג על התור, הזעם מתפרץ.

אביה של פני מגיע לביקור, והיא מבקשת מלאונרד שיעמיד פנים שהוא עדיין החבר שלה. בינתיים, שלדון, ראג' וברנדט מעבירים את הלילה בעבודה על פרויקט אסטרונומיה.

איימי מתאהבת בזאק, אחד מהאקסים של פני. וולוביץ' וראג' מתווכחים מי מבין שניהם יהיה גיבור על טוב יותר.

הבנים משכנעים את זאק ופני להצטרף אליהם ולהתחפש לחלק מלוחמי ליגת הצדק, לכבוד מסיבת השנה החדשה שנערכת בחנות הקומיקס.

כאשר שלדון מנסה להשתלט על אפליקציה שלאונרד פתח לטלפונים חכמים, החברות בין השניים הופכת למתוחה.

בזמן שהותם בוועידת מדע בבית מלון, ברנדט פוגשת את החבר שלה לשעבר, ווולוביץ מודאג שהוא לא יכול להשתוות אליו...

לאחר שלנארד פוגש במהלך נשף התרמה תורמת מבוגרת בעלת ממון רב, הוא תוהה האם לקיים איתה יחסים כדי להבטיח לעצמו תרומה כספית נוספת.

ברנדט מאלצת את האוורד להחליט האם לעבור לגור איתה, או להשאר לגור אצל אמא שלו. לאונרד מגלה שפריה, אחותו של ראג', חזרה לעיר, והוא יוצר איתה קשר.

שלדון נעלב לאחר שנאמר לו שלאונרד הוא מרכז החבורה, והחברים מתחילים לבלות יותר זמן אצל ראג'. הוא מחליט להקים קבוצת חברים חדשה שבה הוא יהיה במרכז תשומת הלב.

שלדון מתבלבל אחרי שהוא רואה את וולוביץ מבצע קסמים. בינתיים, פרייה אינה מרוצה מכך שלאונרד ממשיך להיות חבר של פני.

כאשר חשבון משחק המחשב של שלדון נפרץ והדמות בה הוא משחק נגנבת, החברים מתגייסים כדי לגלות מי עומד מאחורי הפריצה.

שלדון ואיימי מחליטים להפיץ על עצמם שמועות כניסוי חברתי. בינתיים, האוורד מחליט להעלות את מערכת היחסים שלו עם ברנדט לרמה הבאה.

שלדון נעלב לאחר שפרייה מצליחה לשבור את ההסכם של השותפים לדירה באמצעות טענה משפטית, ומצטרף אל פני, ברנדט ואיימי לערב הבנות שלהן.

איימי מבינה שהיא יכולה לגרום לכך שברנדט תעקוב אחרי לאונרד ופריה, לטובתה של פני. בינתיים, ראג' הבודד שוקל לקחת תרופה ניסיונית שתרפא את אי היכולת שלו לדבר עם נשים בזמן שהוא פיכח.

הגברת וולוביץ מוצאת את עצמה בבית החולים, לאחר שהאוורד מספר לה שהוא עומד להתחתן עם ברנדט. במהלך השהות בבית החולים, לאונרד לוחץ על פני ופרייה שיהפכו לידידות.

ראג' עובר לגור עם שלדון לאחר שהוא שומע את לאונרד ופרייה מממשים בדירה פנטזיה הקשורה למסע בין כוכבים. ברנדט מקבלת את תואר הדוקטור שלה והחברים מציקים להאוורד על כך שעדיין לא קיבל שלו.