コンピューター･オタクで家電量販店の店員、チャック･バトウスキー。ある日彼は1通のEメールを受け取る。メールを開いた途端、国家機密の全情報が彼の脳にダウンロードされてしまう。コンピューター･ウィルスとしか戦ったことのないチャックが、テロや暗殺を阻止すべく危険な任務に巻き込まれる。チャックと彼の脳内に記憶された国家機密を守るために派遣されたのは、国家安全保障局のエージェント、ジョン･ケイシーと、CIAエージェントでありチャックが数年ぶりにするデートの相手、サラ･ウォーカー。2人はチャックと共に行動することで彼の身の安全を確保しようとする。