La segunda temporada se centra en profundizar los personajes que ya habiamos conocido en la temporada anterior. Leonard y Penny, tras su catastrófica primera cita deciden quedar como amigos para desilusión de Leonard. El carácter obsesivo de Sheldon dificulta sus relaciones sociales, aún así su amistad con Penny prospera. Howard mantiene su falso estatus de mujeriego y Raj logra tener una pequeña conversación con Penny.
Penny y Leonard regresan de su primera cita ante la incredulidad de Howard y Raj, que espían a sus amigos. Penny insta a Leonard a que vayan despacio. Esto provoca que el grupo opine que la cita ha ido mal. Sheldon se convierte en el confidente sorpresa de Penny, cuando esta le confiesa que ha mentido a Leonard.
S02E02 - La Topología de la Bragueta
El grupo ve a Penny con su nuevo novio, Eric. Leonard, dolido, decide volver con su compañera de trabajo, Leslie. La nueva relación entre los físicos llega hasta límites insospechados. Sheldon, por su parte, está furioso sobre que su amigo salga con su archienemiga y acude a Penny para que intente disuadir a su ex novio. Sin embargo, esta no parece estar dispuesta a complacer los deseos de su vecino.
S02E03 - La Sublimación Bárbara
Penny está pasando por uno de los momentos más críticos de su vida: su carrera como actriz parece estar dando tumbos y no dirigirse a ningún lugar concreto y, en cuanto a su vida personal se refiere, han pasado seis meses desde su último encuentro sexual. La camarera intenta abstraerse con un juego de Sheldon, que acaba absorbiendo su propia vida.
S02E04 - La Equivalencia del grifo
Raj es incluido en la revista People en el artículo "Treinta visionarios, menores de 30, a los que hay que conocer", por su último descubrimiento. Esto provoca dos cosas: los celos de sus amigos y el trato estrella que el científico comienza a tener en la Universidad, un trato que hace que la fama se le suba a la cabeza.
S02E05 - La Alternativa euclida
Leonard está trabajando, todas las noches, en su nuevo experimento. Esto provoca que no pueda llevar a Sheldon al trabajo. Ante esto, el científico busca que sus amigos le lleven al trabajo. Los experimientos resultan ser un fracaso y el grupo anima a Sheldon a que se saque el carnet de conducir, algo que supondrá un auténtico reto para el físico.
S02E06 - El Teorema de Cooper-Nowitzki
Leonard y Sheldon dan una conferencia en una Universidad. Una graduada, Ramona Nowitzki, se obsesiona con Sheldon. El físico, tras comprobar, exhaustivamente, las capacidades de la misma, decide incorporarla como su asistente. Sin embargo, la decisión de Sheldon parece estar cerca de un cambio cuando esta le prohíbe al físico toda actividad de descanso existente.
S02E07 - La Polarización de la Piñata de los Pantys
Penny deja de tener televisión por cable y acude a casa de sus vecinos para poder ver los episodios semanales de America´s Next Top Model. Sheldon acepta que Penny pueda ver los programas en su casa con una serie de condiciones que su vecina incumple y que provoca que comience una guerra entre los dos. Por su parte, Howard y Raj buscan, sin descanso, la ubicación de la casa en la que se encuentran las modelos del programa que ve Penny.
S02E08 - La Expansión de Lagarto-Spock
Howard cree que lo ha conseguido. Finalmente, ha encontrado a su alma gemela, la doctora Stephanie Barnett. Sin embargo, los intereses amorosos de Barnett parecen ir más encaminados hacia la figura de Leonard. El científico deberá lidiar con contarle a su amigo todo lo que está ocurriendo con Stephanie y, además, con un desastroso suceso que pone en peligro su propia investigación.
S02E09 - La Triangulación de los Espárragos Blancos
Leonard comienza a salir con Stephanie Barnett lo que, por primera vez, consigue que el físico tenga una novia que cuente con la aprobación de Sheldon. La aprobación del científico es tal que decide ayudar a su amigo en la relación para, así, evitar que la eche a perder. Leonard, que ve como Sheldon acude con la pareja a todos sus eventos, intenta impedir la ayuda de su amigo.
S02E10 - El Enigma Vartabedian
Stephanie se muda al apartamento de Leonard y Sheldon; a reticencia de su propia pareja. La doctora ha decidido examinar a Sheldon, que se encuentra molesto por un zumbido en su oreja. Las cosas no resultarán fáciles para la propia doctora cuando vea, por primera vez, a Penny y sea en ropa interior.
S02E11 - La Hipótesis del Regalo de Bao
Leonard se reune con el famoso investigador, David Underhill. David resulta ser el hombre perfecto, según la opinión de Leonard. Este decide contratar a Leonard para que trabaje con él, lo que alegra al físico. Sin embargo, la alegría no resulta ser especialmente duradera cuando David se fija en Penny y estos comienzan a salir.
S02E12 - La Inestabilidad del Robot Asesino
Howard y Penny discuten por la vida amorosa de este. La discusión provoca que Howard se suma en una profunda depresión. Esto, a su vez, hace que el grupo pierda a uno de sus miembros más destacados para aforntar uno de los retos más importantes de sus vidas: una lucha, uno contra uno, de robots. El oponente es el compañero de trabajo de los amigos, Barry Kripke.
S02E13 - El Algoritmo de la Amistad
Sheldon averigua que Barry Kripke tiene el control absoluto de un ordenador en el laboratorio. Para poder acceder a toda la información que este contiene, Sheldon intenta hacerse su amigo. Sin embargo, sus intentos parecerám en un principio, infructuosos. Todo cambia cuando Sheldon adquiere un libro infantil sobre cómo hacer amigos.
S02E14 - La Permeabilidad Financiera
Penny vive un periodo complicado, económicamente hablando, lo que provoca que decida buscar otro sitio para vivir. Sheldon, acostumbrado ya a tener a Penny como vecina y sin estar dispuesto a acometer el riesgo de comprobar quién podría ser su nuevo vecino, decide ayudarla. No será la única ayuda que esta reciba por parte del grupo.
S02E15 - La Capacitación maternal
La vida de los amigos va a sufrir un cambio importante con la llegada de Beverly Hofstadter, la madre de Leonard. Esta conseguirá destapar los traumas infantiles de Penny y aportar su opinión sobre lo que está ocurriendo entre Howard y Raj. El único que parece disfrutar con la compañía de Beverly es Sheldon, quien ve a la madre de su amigo como su propio igual.
S02E16 - La Saturación del Cojín
Una partida de paintball causa todo tipo de destrozos, entre ellos, el despertar del romance entre Howard y Leslie, la ex novia de Leonard. Además, Penny dispara la pistola en el almohadón del hueco de Sheldon. Howard intentará ayudar a su amiga para evitar que el físico descubra el accidente. Por su parte, Leslie trata de controlar, cada vez más, a Howard.
S02E17 - El descoplamiento Terminator
El grupo parece emprender su viaje más emocionante hasta la fecha: los amigos viajan en un tren con dirección San Francisco para asistir a una conferencia con un invitado muy especial: George Smoot, ganador del Premio Nobel de Física de 2006. El viaje resulta ser incluso más emocionante cuado se encuentren, en el mismo tren, a la actriz Summer Glau, de la serie Terminator: Las crónicas de Sarah Connor.
S02E18 - El nano-cúmulo de las canciones para trabajar
Penny desarrolla un negocio, llamado Flor de Penny, que consiste en la elaboración de lazos que sirvan como adornos capilares. Sheldon decide meterse de lleno en el proyecto y buscar la máxima eficiencia del mismo. Lejos de querer acabar con su espíritu, sus amigos deciden ayudarle con el proyecto, con la intención de conseguir que el negocio de Penny prospere.
S02E19 - La Yuxtaposición de la Prostituta Muerta
Una nueva vecina, Alicia, llega al edificio en el que viven Sheldon y Leonard. La mujer es muy atractiva y provoca que los amigos se fijen más en ella que en Penny. Estos comienzan a hacer sus recados, especialmente cuando Alicia obtiene un papel para CSI. Absolutamente celosa, Penny trata de recuperar a sus amigos e intentar que olviden a la nueva inquilina.
S02E20 - El Isótopo Hofstadter
Penny busca un regalo para el cumpleaños de su sobrino y pide consejo al grupo para comprar un cómic. Estos la llevan a su tienda favorita, donde el propietario, Stuart, consigue convencer a Penny para que salga con él. Completamente celoso, Leonard pide a Raj y a Howard que le lleven a un bar para conocer mujeres, algo que llena de alegría a Howard.
S02E21 - La Renormalización de Las Vegas
Leslie acaba su relación con Howard, lo que sume al cientifico en una profunda depresión. Leonard y Raj, en un intento por animarlo, se llevan a su amigo a Las Vegas. Sheldon, que se niega a acompañarles, se prepara para disfrutar de su plan perfecto: un fin de semana a solas. Sin embargo, los planes del físico no irán como esperaba.
S02E22 - La Turbulencia de los Materiales Clasificados
Howard está de celebración: su nueva invención va a ser utilizada en la Estación Espacial Internacional. La alegría también está de moda para Stuart, que va a tener una segunda cita con Penny. Consciente de que Leonard había estado con ella, el dependiente de cómics decide pedirle consejo. Ante esta propuesta, Leonard debe decidir si es mejor decir la verdad o hacer que este falle para que el propio físico tenga una oportunidad.
S02E23 - La Expedición Monopolar
Sheldon gana una beca, ofrecida por la Fundación Nacional de Ciencias, que consiste en ir tres meses al Polo Norte con el objetivo de detectar monopolos magnéticos y, así, poder demostrar la validez de su teoría de cuerdas. Aunque duda, Sheldon decide ir y pide a sus amigos que lo acompañen. Estos no parecen tener ningún problema en ello, aunque ese no es el caso de Penny.
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