《小谢尔顿第四季》延续了前作风格，继续围绕天才少年谢尔顿的成长故事展开。谢尔顿进入高中后，面临着学业和社交的双重挑战。在学校里，他凭借超高智商在学术上表现出色，却因情商不足在与同学相处中状况不断。比如他参加科学竞赛，虽然一心扑在研究上取得好成绩，但不懂得团队合作，惹得队友不满。家庭方面，哥哥乔治开始约会，让谢尔顿感到生活节奏被打乱；姐姐米西也有了自己的小秘密。母亲玛丽努力平衡家庭关系，父亲乔治则在工作与家庭间忙碌。本季中，谢尔顿还尝试加入学校橄榄球队，闹出不少笑话，却也在这个过程中收获了别样的成长体验。