Howard, Raj et Leonard s'amusent avec un bras robotique mais Howard lui trouve une toute autre utilisation, alors que Penny découvre que Sheldon a une relation avec une fille, Amy.

Sheldon s'inquiète de mourir trop tôt pour pouvoir transférer sa conscience dans un robot. Il commence donc à chercher un moyen d'allonger son espérance de vie.

La relation de Sheldon et Amy est peu appréciée du groupe, vu le comportement de la neurobiologiste. Mais quand Amy remet en question le travail de Sheldon, ils rompent.

Au Cheesecake Factory, Howard est embarrassé en revoyant son ex, Bernadette. Il hésite à renouer avec elle, étant donné la raison de leur rupture. Sheldon et Raj se disputent une place dans le bureau de Sheldon, dans lequel Raj n'a aucun meuble.

Sheldon, Amy et Howard considèrent que Leonard est déprimé à cause de son célibat. Ils entament toute une suite de conclusions pendant que Leonard essaie de prouver le contraire. Puis, Leonard rencontre Joy, une amie de Bernadette pendant que Sheldon essaie de mettre fin à la relation qu'il lie à Amy qui souhaitait le présenter à sa mère…

Les quatre physiciens reçoivent la visite de Priya, la petite sœur de Raj. Celle-ci va provoquer la révélation de quelques secrets entre les garçons, notamment de Leonard.

Howard doit obtenir une habilitation de sécurité, et avertit ses compagnons qu'une enquête va être diligentée à cet effet. Une agente du FBI interroge successivement l'entourage de Howard à propos de son passé à la recherche d'éventuelles activités illicites. Sheldon ne peut s'empêcher de révéler à l'agente des informations compromettantes à son sujet. L'habilitation échoue, et malgré les excuses de Sheldon, Howard ne les accepte pas. Sheldon choisit alors de lui céder son « spot » sur le canapé, en lui offrant symboliquement le coussin du canapé correspondant à sa place privilégiée, et arrive ainsi à faire céder Howard et à se faire pardonner.

Les garçons font une soirée cinéma mais ne peuvent entrer pour aller voir le film car la file d'attente est trop longue : Sheldon ne veut pas en rester là surtout quand il voit que Will Wheaton entre sans faire la queue. Pendant ce temps, Penny, Bernadette et Amy se font une soirée entre filles, la première pour Amy qui souhaiterait en faire sa première pyjama partie.

Raj, Howard et Bernadette vont passer la nuit à observer les étoiles avec le télescope géant de Hawaï : Raj se sent seul dans sa vie… Pendant ce temps, Leonard se retrouve à devoir se faire passer à nouveau pour le petit ami de Penny, qui reçoit la visite de son père. De son côté, Sheldon refait un contrat de colocation à propos de Penny…

Penny, Bernadette et Amy dînent dans un restaurant où Penny rencontre un de ses ex : Zack. Mais Amy a un étrange comportement à l'arrivée de Zack, Amy ressent un désir sexuel. Avant d'en arriver à cette conclusion, elle fait part de ses derniers troubles à Sheldon. Penny suggère alors à Sheldon d'agir envers Amy. Pendant ce temps, Leonard se voit obligé d'arbitrer un combat de lutte entre Howard et Raj qui veulent déterminer qui d'eux deux serait un super-héros et l'autre son assistant.

Les quatre scientifiques découvrent que Penny fréquente à nouveau Zack, qu'ils considèrent comme un imbécile mais qui semble apprécier les comics. Mais pour Penny, Leonard décide de les inviter à un concours de cosplay au Nouvel An.

Leonard a une idée d'application mathématique pour smartphone, et demande à Sheldon, Raj et Howard de l'aider pour le développement. Quand Sheldon tente de s'imposer sur le projet, Leonard lui tient tête et le met à la porte.

Le groupe doit se rendre à une conférence scientifique à Big Sur, en Californie, Amy invite Penny qu'elle considère comme étant sa meilleure amie. Penny accepte en entendant parler du spa. Bernadette rencontre Glenn, son ancien professeur et petit-ami, Howard se sent intimidé par celui-ci, ce qui va entraîner une nuit mouvementée et une conférence haute en couleurs.

Sheldon donne une conférence à des étudiants, qui le trouvent ennuyeux à mourir. Sheldon en est plus affecté qu'il ne le laisse paraître. Amy lui suggère de prendre des cours de théâtre afin de pouvoir mieux communiquer son savoir à ses étudiants. Il se tourne alors vers Penny pour qu'elle lui donne quelques cours. Pendant ce temps, Raj est de plus en plus sûr de ne pas être gay : la preuve, il fantasme régulierement en pensant à Bernadette.

Le président de l'université demande à tout le département de physique, et particulièrement à Sheldon, de venir à une soirée de collecte de fonds pour convaincre les vieux donateurs de donner en priorité à eux. Si Sheldon est très réticent dans un premier temps, il se trouve que l'une des donatrices est plus intéressée par Leonard, et n'hésite pas à lui faire des avances.

Priya, la sœur de Raj, est de retour en ville. Pendant que Leonard et Priya se mettent ensemble, Raj fait tout son possible pour les séparer. De plus, Howard et Bernadette envisagent d'habiter ensemble mais Howard a du mal à quitter sa mère et leurs habitudes. Ensuite, Amy décide de venir réconforter Penny qu'elle croit affectée par la nouvelle situation amoureuse de Leonard.

Maintenant que Leonard et Priya sortent ensemble, les soirées du groupe se passent chez Raj, au grand désespoir des habitudes de Sheldon. Celui-ci décide donc de recréer un groupe d'amis dont il serait le centre en compagnie de Stuart, Zack et Barry (de l'université). Pendant ce temps, Amy et Bernadette essaient de remonter le moral de Penny grâce à une soirée entre filles.

Howard réalise un tour de cartes avec la complicité de Raj, Penny et Leonard. Sheldon tente désespérément de comprendre comment il a pu le réaliser. Priya trouve que Penny est un peu trop présente dans la vie de Leonard, elle lui demande de prendre ses distances avec son ex…

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