La cuarta temporada de 'El joven Sheldon', la exitosa precuela de 'The Big Bang Theory', da comienzo con la graduación del pequeño Sheldon Lee Cooper (al que da vida el actor Iain Armitage). El joven superdotado tiene que enfrentarse a un nuevo cambio en su corta vida: ya ha superado su etapa de aprendizaje en el instituto de su pueblo, Medford, situado en el este del estado norteamericano de Texas. Ahora Sheldon tiene que ir a la universidad, lo que le provoca cierto temor porque no sabe qué se encontrará allí, como le confiesa a su hermana melliza Missy (Raegan Revord).
El pequeño genio, que sigue soñando con ganar algún día el premio Nobel, sigue contando con el apoyo de sus padres, Mary (Zoe Perry) y George Senior Cooper (Lance Barber), que luchan cada día por comprender a su hijo aunque muchas veces se pierden con sus elevados razonamientos y con su peculiar manera de pensar y de concebir el mundo. También recibe el cariño de la madre de Mary, su abuela Meemaw (Annie Potts), que es la única que confía ciegamente en que su nieto triunfará en el mundo de la ciencia. Su hermano mayor George Jr. (Montana Jordan) sigue sin encontrar puntos en común con Sheldon, al que considera demasiado inteligente.
El reparto lo completan Jim Parsons, como la voz del adulto Sheldon Cooper, y Matt Hobby dando vida a Jeffery Hodgkins-Difford, el pastor de la iglesia a la que acude la familia Cooper. A partir de esta cuarta temporada, se une al elenco principal el veterano actor Wallace Shawn, que se mete en la piel de John Sturgis, un profesor universitario y doctor en Física que salió con Meemaw gracias al apoyo del pequeño Sheldon. El personaje del doctor Sturgis ya apareció en las tres temporadas anteriores, pero como episódico.