La mort d'un sous-marinier américain lors d'une cérémonie AUKUS à Sydney fait l'objet d'une enquête menée conjointement par les agents du NCIS en mer et la police fédérale australienne, et le NCIS: SYDNEY est né.

Lorsqu'un officier de conformité de la marine est retrouvé mort dans un trou d'eau, l'enquête de l'équipe met à jour un réseau complexe de trafiquants, tout en gérant les problèmes initiaux du nouveau lieu de travail... et un cacatoès qui parle.

Lorsqu'un requin recrache le bras d'un ancien Navy SEAL, l'enquête de l'équipe met à l'épreuve la loyauté d'une bande d'anciens plongeurs de la marine et met à jour un sombre complot de surveillance qui pourrait avoir des liens avec l'un des Alliés.

Lorsque le corps d'un maître américain est retrouvé dans le quartier The Rocks, une vieille médaille de la marine détient un indice pour élucider le meurtre, entraînant l'équipe dans une chasse aux fantômes afin d'attraper un tueur.

L'équipe se précipite pour sauver l'un des siens, lorsque Doc Roy (William McInnes) et son chien sont impliqués dans une prise d'otages dans leur café canin local.

Lorsqu'un homme portant une veste de la marine américaine dissimulée meurt d'une overdose de cocaïne dans un bus bondé à Bondi, l'enquête ramène Evie (Tuuli Narkle) à son passé de flic infiltrée dans la lutte contre la drogue.

Lorsqu'un chercheur de la marine américaine est retrouvé mort dans un bunker souterrain secret lors d'un lancement technologique prestigieux, une partie de l'équipe se rend sur place pour enquêter.

Le fils de JD est kidnappé par un assassin international en échange d'un criminel recherché détenu par le NCIS.