L'équipe de Gibbs enquête sur l'explosion d'une voiture, une affaire reliée à l'agent spécial Nick Torres, disparu lors d'une mission sous couverture en Argentine six mois plus tôt. Entretemps, l'agent spécial Alexandra Quinn, professeure au Centre fédéral d'entraînement d'application de la loi, vient confronter Gibbs car il a renvoyé pas moins de huit de ses candidats, censés remplacer DiNozzo...

Pour leur premier jour au sein de l'équipe, Quinn et Torres sont chargés d'enquêter sur le cas d'un décès, survenu lors d'une réunion d'anciens élèves à Quantico. Ils découvrent que la victime, en possession d'une bombe, était en pleine dispute avec quelqu'un lorsqu'elle s'est effondrée...

Une femme, sergent chez les Marines, se jette du haut de sept étages. Tout laisse penser qu'il s'agit d'un suicide. Gibbs et ses agents commencent par interroger tous ceux qui connaissaient la défunte. Grace Confalone, psychologue, pense que Gibbs devrait envisager l'hypothèse d'un meurtre...

Une navigatrice de la Navy est assassinée durant une croisière ouverte aux membres de familles de Marines. Gibbs et Palmer se rendent sur le navire pour y trouver des indices, tandis que Torres, McGee et Bishop restent dans les locaux du NCIS. McGee cherche le bon moment pour demander Delilah en mariage...

L'agent des services secrets britanniques Clayton Reeves contacte le NCIS lorsqu'un de ses hommes disparaît dans un endroit de Philadelphie, où le corps d'un matelot est découvert. Envoyée sur place avec Bishop, Quinn doit faire face à un traumatisme de son passé, qui l'a fait quitter le service actif...

Gibbs reçoit un appel au sujet d'une femme, quartier-maître, portée disparue. Il semble que ses empreintes aient été relevées sur les lieux d'un crime. Les indices recueillis permettent à Gibbs de penser que la jeune femme a été enlevée, mais qu'elle est parvenue à tuer son agresseur et à prendre la fuite...

Alors qu'ils tentent d'innocenter un ex-Marine dans une affaire de meurtre, les agents du NCIS rompent toutes les règles de procédure. Ils viennent en effet d'apprendre que l'homme est recherché par les services d'immigration. Ils tentent d'en savoir plus sur son passé et s'interrogent sur ses derniers agissements...

Gibbs et son équipe sont envoyés à Gitmo, où un aumônier de la Navy a trouvé la mort dans un accident de voiture. Ducky leur apprend qu'il ne s'agit pas d'un accident, car le malheureux est décédé depuis plusieurs heures. Les policiers tentent de reconstituer l'emploi du temps de la victime avant sa mort...

La vie de Jenna Flemming, une élue du Congrès, est menacée. L'équipe du NCIS entame une enquête tandis que, de son côté, le directeur Vance se charge d'organiser la protection de la députée. Pour tenter de remonter la piste du harceleur, Gibbs s'intéresse aux idées et projets politiques de Jenna Flemming...

Le NCIS enquête sur le meurtre d'un capitaine de la Navy, qui était soupçonné d'avoir vendu des secrets militaires. Une adresse mène les enquêteurs à la maison où Ducky vivait avec sa mère. Pour trouver une explication, Ducky se remémore un événement décisif survenu quarante ans plus tôt...

Les agents du NCIS prépareent depuis plusieurs mois l'opération Willoughby. Il s'agit d'arrêter un riche homme d'affaires soupçonné de commettre des attentats dans le but d'influencer le marché boursier. Infiltré comme pilote de la cible, Clayton Reeves est démasqué, révèle l'existence d'une taupe...

Gibbs devait donner un cours de préparation au terrain à de jeunes recrues, mais il ne s'est pas présenté. Personne n'a eu de ses nouvelles depuis. Gibbs a bel et bien disparu. Même Leon Vance, le patron, est inquiet. McGee et Torres se rendent dans le petit resto où leur collègue a l'habitude d'aller...

Après la mort d'un capitaine de la Navy, percuté par une voiture, le NCIS mène l'enquête. Sur le toit d'un immeuble, Palmer tente de sauver le fils du défunt, qui veut se suicider car il se sent responsable du décès de son père. Gibbs oeuvre pour trouver la véritable cause de la mort du capitaine...

Le meurtre d'un sous-officier contraint le NCIS à travailler avec Les Sherlocks. Cette équipe d'enquêteurs indépendants travaille sur des affaires classées non-élucidées pour essayer de les résoudre. Les hommes du NCIS découvrent à cette occasion que ce groupuscule compte un nouveau membre parmi eux...

Intégrée à un groupe de réflexion de la Sécurité intérieure, Abby a conçu et exécuté une fausse attaque au gaz sarin dans les suites VIP d'une salle de concert. Lorsqu'une bombe et du gaz véritables sont retrouvés sur les lieux, le NCIS doit découvrir qui a réellement conçu cet attentat...

Gibbs et son équipe trouvent une nouvelle piste intéressante dans l'affaire Chen. Pendant ce temps, Bishop, plus déterminée que jamais, se fixe pour objectif de retrouver coûte que coûte le responsable du meurtre de Qasim, son dernier petit ami en date. Elle a un besoin urgent d'assouvir sa vengeance...

L'appartement de McGee a été visité par un cambrioleur, qui a tout retourné. De toute évidence, le malfrat était à la recherche d'un objet précis. Il s'avère que l'ancien propriétaire était un criminel et que cet homme avait caché un objet de grande valeur dans le logement avant d'être arrêté...

Le général Ellison en personne prend contact avec Gibbs. Le haut gradé à la retraite lui demande de réaliser le dernier souhait de sa fille Laura, en phase terminale d'un cancer. Un de ses hommes avait mystérieusement disparu d'une mission en mer et elle n'a jamais cru à la thèse de l'accident...

De nombreux Marines sont réunis lors d'un événement à l'initiative d'une organisation à but non lucratif, qui propose aux vétérans de visiter gratuitement plusieurs mémoriaux. Lorsque l'un deux est tué, le NCIS tente de retracer son parcours, avec l'aide d'Henry Rogers, un vétéran peu coopératif...

Un vice-amiral de la Navy est victime d'une demande de rançon via un piratage informatique. Le logiciel impliqué menace de supprimer tous les fichiers personnels et professionnels de la victime. Le NCIS déploie tout son savoir-faire avant l'échéance fatale. De son côté, Alex tente d'aider à sa mère...

Torres replonge dans une ancienne affaire qu'il avait suivie alors qu'il enquêtait sous couverture. Un Marine vient en effet d'être tué et ses agresseurs pourraient être liés à un gang encore actif. Torres avait accumulé les renseignements les concernant. Il renoue avec d'anciens contacts...

Un sergent des Marines est retrouvé assassiné dans le parc national de Rock Creek. L'homme avait passé trois mois au Liberia pour former les gardes forestiers à lutter contre le braconnage. Gibbs et ses agents font équipe avec le sergent de la police montée May Dawson qui a découvert la victime...

Le stress du mariage imminent de McGee et Delilah n'est pas sans conséquence pour cette dernière, qui doit être transportée à l'hôpital. Pendant ce temps, l'équipe du NCIS se rend en mer après le décès d'un jeune officier à bord d'un destroyer. La disparition du corps de la victime laisse penser à un crime...

La main d'un Navy Seal est retrouvée dérivant dans une rivière paraguayenne. L'officier était soi-disant parti pêcher au Canada avec un collègue, Charlie Hudson, qui est également porté disparu. Gibbs, McGee et Torres se rendent alors dans une région reculée du Paraguay, contrôlée par un groupe de rebelles...