Tandis que son grand frère boutonneux végète au lycée, et que sa soeur joue encore à des jeux puérils, Sheldon Cooper, 9 ans, est déjà un petit génie des sciences. Si bien que ses parents décident de l'inscrire au lycée, non sans crainte. Le jeune garçon, particulièrement inadapté à la vie en société, ne risque-t-il pas d'être malmené par des camarades plus âgés ? Ce qui devait arriver arrive : dès le premier jour de classe, Sheldon se met à dos les autres élèves, mais aussi ses profs...

Pour tranquilliser sa mère, inquiète de constater que son fils, différent des enfants de son âge, s'isole, Sheldon décide d'essayer de se faire un ami. Pour y parvenir, il suit à la lettre les conseils donnés dans un livre de développement personnel...

Lorsque George senior est admis d'urgence à l'hôpital, Sheldon revise son jugement à propos de la religion. Meemaw est appelée à la rescousse pour s'occuper des enfants. Ces derniers doivent finalement se rendre sur place par leurs propres moyens...

Après avoir manqué de s'étouffer en mangeant, Sheldon refuse d'ingérer un aliment solide. Une psychothérapie s'avère inutile et Sheldon ne trouve de l’inspiration qu'à travers la redécouverte des comics. George et Missy se retrouvent encore loin de l’attention de leurs parents, accaparés par Sheldon, mais leur grand-mère veille.

Sheldon, habitué à être vu par ses camarades comme le vilain petit canard, utilise ses connaissances en matière de statistiques pour faire gagner l'équipe de football américain. Il jouit alors d'une popularité inattendue qu'il a bien du mal à gérer...

Au cours d'une visite d'un représentant de la NASA au lycée, celui-ci ne prend pas Sheldon au sérieux. Ce dernier est alors bien déterminé à prouver toute sa valeur. Il est mandaté pour une mission spéciale qui pourrait lui permettre de montrer sa science...

Meemaw refuse catégoriquement de révéler sa recette de poitrine de veau à son gendre. Les enfants tentent de trouver un moyen de régler rapidement ce différend familial...

Mary voudrait que George passe plus de temps à s'intéresser aux envies de Sheldon. Le père emmène donc ses deux fils en Floride assister au décollage d'une fusée à Cap Canaveral. Pendant ce temps, Mary profite du temps entre filles avec Meemaw et Missy.

Sheldon doit aider son frère aîné à un contrôle qui pourrait l'exclure de l'équipe de football s'il le rate. Il découvre plus tard que Georgie a triché mais pourrait s'en tirer, tel Kirk passant le test du Kobayashi Maru.

Les professeurs du collège de Sheldon ne supportent plus leur jeune élève surdoué. Le directeur trouve une école privée prête à offrir une bourse pour lui, qui semble idéale mais Mary Cooper n'est pas prête à laisser partir son fils.

Mary Cooper découvre que Sheldon commence à jouer à Donjons et Dragons avec ses amis et la présence d'éléments démoniques dans le jeu l'inquiète au plus haut point. En essayant de ramener Sheldon vers Dieu, elle l'amène à s'intéresser à toutes les religions.

Sheldon a des vues sur un ordinateur domestique, ce qui amène les parents à évoquer l'argent du foyer et provoque une dispute. Mary part donc chez sa mère avec Sheldon et Missy.

La grippe commence à l'entourage de Sheldon, et quand une professeure commence à tousser, il quitte aussitôt la salle de classe, lui valant ses premières sanctions disciplinaires. Reste pour Mary le problème de sa phobie qui prend peu à peu des propensions problématiques.

Mary décide d'accepter un poste bénévole dans sa paroisse, mais cela impliquerait de laisser Sheldon et Missy seuls pendant quelques heures à la maison en fin de journée. La famille décide de tenter l'expérience quelque temps.

Sheldon et Tam font la rencontre d'une lycéenne passionnée de géologie et l’accueillent dans leur groupe. La famille Cooper est stupéfaite en apprenant que le jeune surdoué fréquente déjà des filles.

Pour avoir gagné un prix de consolation à un concours scientifique de l'école, Sheldon renonce à poursuivre dans le domaine et se rebelle. En cherchant sa voie, il se découvre un don pour la comédie.

Mary et George voient le comportement de Sheldon changer, calculant ses trajets pour rentrer chez lui le soir et voulant apprendre à se protéger et se défendre. Le garçon finit par avouer qu'il est harcelé par la petite voisine de 6 ans.

Mary découvre, outrée, le contenu des comics que lit Sheldon (comme Watchmen). Comme il refuse d'arrêter cette lecture et assumant son choix, Sheldon sera traité comme un adulte par sa mère.

Sheldon s'ennuie au lycée et décide de suivre un cours de physique théorique à l'université de la région. Sa grand-mère l'emmène et finit par flirter avec le vieux professeur. En l’absence de leur frère, George Jr. et Missy se retrouvent à devoir faire leurs devoirs sans lui.

Les voisins des Cooper gardent un chien pour quelque temps et l'animal se prend d'affection pour Sheldon. Il va s'en suivre une des nombreuses disputes entre les Cooper et les Sparks, qui va impliquer jusqu'à au pasteur Hodgkins.

George et Mary voient Sheldon s'impliquer dans la relation naissante entre le Dr Sturgis et sa grand-mère. Aussi, quand ils lui font comprendre de prendre du recul, il se retrouve à observer pendant que George dîne avec Missy et Mary avec George Jr.

Sheldon surveille la relation entre sa grand-mère et le Dr Sturgis jusqu'à ce qu'il découvre que Connie n'a pas rompu avec Ira Rosenbloom. La situation amuse les adultes mais laisse le jeune surdoué circonspect et celui-ci veut influencer les événements.