Chuck er tilbake i sin fjerde sesong på Viasat 4. I sesong 4, leter Chuck og Morgan jorda rundt for Chucks mor, Mary Elizabeth Bartowski (Linda Hamilton). Etter å ikke ha klart å få seg ny jobb utenfor systemet blir Chuck igjen en del av CIA , uten at Ellie vet om det. Chuck og Sarah fortsetter å slite med kommunikasjonen seg imellom og Chucks jakt på sin egen mor vikler ham inn en en konflikt med den russiske våpenhandleren Alexei Volkoff (Timothy Dalton) og hans organisasjon Volkoff Industries, som moren hans forsøkte å infiltrere 20 år tidligere.