Parti en expédition, Leonard a laissé ses amis à Pasadena. Il manque terriblement à Penny et à Sheldon. Quelques mois plus tard, le jeune homme revient par surprise et tente de curieuses expériences. Raj, après ses déboires avec Lucy, repart en quête de l'amour. Une mission bien plus complexe que de remettre en ordre un Rubik's Cube. Penny, quant à elle, lâche tout pour le cinéma...

Léonard revient de son voyage en mer du Nord. Alors qu'il souhaite passer du temps avec Penny, Sheldon se sent trahi par l'attitude de son ami...

La bande participe à une chasse aux trésors. Des équipes étonnantes sont formées : Amy avec Howard, Leonard avec Bernadette et Penny avec Sheldon...

Amy confie à Sheldon qu'elle a l'intention de travailler elle aussi à l'université. Mais ses projets finissent par créer la discorde lorsqu'Howard s'en mêle, croyant judicieux de donner son avis. Selon lui, mélanger vie privée et travail serait une mauvaise idée. Sheldon se laisse influencer et vexe Amy sans le vouloir. Bernadette, elle, n'en croit pas ses yeux. Howard finit sur le canapé de Raj...

Howard essaye d'organiser un événement spécial à l'occasion de l'anniversaire de leur premier rendez-vous. Sheldon, de son côté, découvre une erreur...

Sheldon se sent blessé quand Arthur Jefferies, alias professeur Proton, demande à Leonard de l'aider sur un projet. Raj se joint aux filles pour une soirée...

Sheldon demande à Leonard de l'aider à cacher une erreur commise dans le passé. Penny fait une rencontre inopinée, elle croise Lucy, l'ex-petite amie de Raj...

Tout le monde a prévu de passer les fêtes de Thanksgiving dans la maison de la mère de Howard. Mais cette dernière étant clouée au lit, le petit groupe se propose de faire la cuisine. Sheldon est loin d'être ravi par le choix du lieu pour les vacances. Des tensions apparaissent entre Penny et Léonard, à cause d'une mauvaise blague. Howard veut saisir l'occasion pour resserrer les liens avec son beau-père...

Sheldon traverse une mauvaise passe à cause de la découverte qu'il a faite. De plus, Leonard essaye de le convaincre que sa théorie est fausse. Il voudrait que Sheldon reconnaisse son erreur. De son côté, Raj passe la semaine dans l'appartement de Howard et Bernadette, provoquant quelques tensions...

Sheldon se rend au Texas dans sa famille. Il veut être auprès de sa soeur pour la naissance de son premier enfant. En son absence, le groupe prépare les fêtes de Noël et décore le sapin. Chacun s'interroge sur sa vie et ce qu'elle aurait été sans Sheldon...

Penny se tourne vers Leonard, en quête de réconfort après le fiasco consécutif à son apparition dans une émission de télévision. Ce dernier se retrouve rapidement sur la sellette lorsque la discussion prend un autre virage. Sheldon travaille sur son sens de l'humour, tandis que Raj s'entraîne à parler aux filles...

Sheldon reçoit pour ordre de prendre quelques jours de congé. Mais le jeune homme, une fois en vacances, a bien du mal à se détendre et à profiter de cette période d'oisiveté forcée. De son côté, Penny prend une décision radicale concernant son avenir professionnel. Leonard tente tant bien que mal de soutenir la jeune femme dans ses choix. Tandis qu'Amy repousse les avances d'un prétendant indésirable, Bernadette cherche un livre pour remplacer une bande-dessinée appartenant à Howard et qu'elle a abîmée...

Les garçons n'ont pas réussi à obtenir de billets pour le Comic-Con. Dépité mais pas vaincu, Sheldon décide d'organiser sa propre convention. Il rencontre James Earl Jones, dont il veut faire son invité. L'entrevue se poursuit tout au long de la nuit. De leur côté, les filles, qui ont passé un moment dans un salon de thé rempli de parents et d'enfants, se demandent s'il est vraiment bon de devenir adulte...

Pour la Saint-Valentin, Sheldon et Amy se rendent en train dans la vallée de Napa avec Howard et Bernadette. Amy est toute excitée à l'idée de faire cette escapade romantique. Leonard et Penny, eux, gardent le chien de Raj. Mais un incident ne tarde pas à se produire et les deux acolytes, maladroits, doivent emmener la bête chez le vétérinaire en urgence. Elle a en effet avalé, accidentellement, du chocolat...

Poussée par Penny, Leonard tient tête à Sheldon et fait l'acquisition d'une nouvelle table à manger. Cet achat pousse Sheldon à se poser dun certain nombre de questions fondamentales concernant sa vie. De son côté, Howard décroche une occasion de retourner dans l'espace. Bernadette ne sait pas si elle doit l'encourager ou pas à réitérer le voyage...

Howard a du mal à se remettre d'une discussion houleuse qui l'a opposé à Sheldon et prend personnellement les commentaires de Bernadette. Pour se faire pardonner, il propose à Sheldon de venir avec lui au quartier général de la Nasa. Lorsque la voiture de Penny rend l'âme, cette dernière s'interroge sur ses choix professionnels et nourrit quelques regrets. Amy joue les entremetteuses pour le compte de Raj...

Sheldon, profitant de son séjour à Houston, décide de rendre une visite surprise à sa mère. En arrivant chez elle, il jette un oeil par une fenêtre et l'aperçoit dans une situation compromettante. Embarrassé et furieux, il préfère quitter les lieux. De retour à Pasadena, Stuart fait un malaise. Le groupe d'amis s'inquiète pour lui, à tort...

Raj culpabilise d'être sorti en même temps avec Lucy et Emily et ne sait pas comment se sortir de cette situation compliquée. Pour la troisième fois en quelques jours, Penny est contactée par la production d'un film d'horreur ringard. Après avoir décliné cette proposition à deux reprises, la jeune femme hésite...

Sheldon n'arrive pas à se réjouir de la découverte scientifique fracassante de Leonard, Howard et Raj. Déçu que son projet piétine, il ne peut pas s'empêcher d'être jaloux du succès de ses amis. Penny tente de l'aider à surmonter son amertume. Raj a décidé de ne plus fréquenter qu'Emily. Lors d'une soirée avec Howard et Bernadette, il fait une découverte étonnante au sujet de sa petite amie...

près une expédition de plusieurs mois, Leonard revient par surprise et retrouve Sheldon, Raj, Howard, Penny, Amy et les autres. Tandis que Sheldon cherche à devenir comique, déclenchant une dispute entre ses amis, Raj, de son côté, repart en quête de l'amour, après ses déboires avec Lucy. Quant à Penny, elle est prête à tout quitter pour se lancer à corps perdu dans le cinéma...

Le groupe d'amis profite pleinement de la journée « Star Wars ». Malgré l'atmosphère joyeuse qui règne, Sheldon éprouve un malaise : en effet, il ne parvient pas à faire le deuil du professeur Proton...

Renvoyée du tournage de son film, Penny, qui vit mal cet échec, fait le bilan de sa vie. Quant à Raj, il est atterré de découvrir Emily au cinéma en compagnie d'un autre homme...

Sheldon s'interroge sur sa carrière, qui est loin de lui apporter satisfaction. Cependant, Léonard et Penny réfléchissent à leur avenir, tandis que Bernadette et Howard se voient contraints de renoncer à l'aide médicale...