Deux mois après que Gibbs et McGee ont été vus pour la dernière fois, luttant contre un groupe de rebelles insaisissables dans une jungle du Paraguay, l'équipe du NCIS à Washington cherche sans relâche ses collègues disparus. Parallèlement, Vance et Torres sont convoqués à une audience du Congrès...

Alors que Gibbs et McGee doivent passer une évaluation psychologique afin de reprendre leurs postes, l'équipe enquête sur une affaire singulière. Le corps d'un lieutenant de la Navy, disparu il y a un an et demi, a été retrouvé dans un cimetière par des ouvriers de maintenance. Comment en est-on arrivé là ?...

Alors que Torres est en planque avec l'inspecteur Higgins, ce dernier disparaît sans laisser de traces. Ducky, de son côté, est invité à faire des lectures aux étudiants pour un semestre à l'Université d'Edimbourg. Il finit par accepter et confie les rênes de la salle d'autopsie à Palmer durant son absence...

Une agent du NCIS, Jacqueline Sloane, psychologue-légiste, se joint à l'équipe lorsqu'une terrible tempête éclate à Washington, D.C. Durant la panne d'électricité qui sévit sur la ville, un marin est kidnappé. Torres et Bishop partent en mer pour chercher des indices à bord d'un navire...

L'officier Reeves assiste à l'enlèvement d'une amie. Les membres du NCIS, chargés de l'enquête, découvrent que le suspect principal a pris la fuite en emportant avec lui des informations militaires confidentielles. Pendant ce temps, une photo de McGee qui ne le met pas à son avantage devient virale...

Après qu'un quartier-maître a été retrouvé assassiné, McGee passe des heures sur la radio amateur de la victime pour essayer de localiser un témoin clé. De plus, Palmer demande à ses collègues de faire un don à un organisme de bienfaisance, qui construit des terrains de jeux pour les enfants...

Le NCIS enquête à nouveau sur le meurtre du lieutenant O'Connell à la demande de Jessica Shaeffer, l'avocate de Gabriel Hicks, condammné à mort pour ce crime. Hicks accuse le NCIS de l'avoir piégé. Ducky et Jimmy découvrent que le meurtrier était gaucher, ce qui innocenterait Hicks de facto...

Une jeune femme, qui se promène en forêt, entend une voix qui la mène jusqu'à un cadavre dans un abri. Le NCIS intervient car l'homme, un industriel de l'acier, faisait l'objet d'une enquête du Département de la Défense. La jeune femme, qui entend toujours des voix, met le NCIS sur la piste d'un autre homme...

Thanksgiving approche mais les plans de l'équipe du NCIS se trouvent bouleversés. En effet, Gibbs et ses agents doivent se lancer à la poursuite d'un trafiquant d'armes international, qui ne cesse de leur glisser entre les doigts. L'individu a déjà tué un officier du MI6, ami proche de l'agent Sloane...

Torres et Sloane assurent la protection du sénateur John Phillips pendant ses vacances en Afghanistan. Un événement les oblige à revenir d'urgence aux Etats-Unis : le fils de l'homme politique a été admis en soins intensifs à la suite d'une chute, qui pourrait ne pas être accidentelle...

Torres et Bishop se font passer pour un couple de criminels pendant une opération d'infiltration. Ils sont amenés à prendre de gros risques pour remplir leur mission et permettre au NCIS de mener à bien son enquête sur un trafic de drogue présumé au sein même de la marine civile de Norfolk...

Après le suicide d'une femme lieutenant de la Navy, qui semblait pourtant heureuse et épanouie, Gibbs et ses agents mènent une enquête minutieuse. Ils commencent par interroger la famille de la défunte, puis ses amis, anciens et actuels, dans l'espoir de comprendre les raisons de ce geste désespéré...

McGee et Torres partent interroger une étudiante, qui a été témoin d'un délit de fuite. Ils constatent que les parents de la jeune femme se sont enfuis en emmenant leur fille avec eux. Parallèlement, la fille de Leon Vance a été arrêtée pour vol à l'étalage. Son père ne comprend pas son geste...

Après la découverte du corps d'un commandant de la Navy porté disparu, Vance ordonne à Gibbs et son équipe de travailler avec l'ancien agent du FBI Tobias TC Fornell, devenu détective privé après avoir été écarté du FBI. Bishop et Torres interrogent un conseiller financier corrompu...

Le NCIS passe un marché avec Paul Triff, un criminel, lui permettant de passer 48 heures à son ancien domicile, maintenant celui de McGee, en échange d'informations. Le NCIS veut en effet retrouver et arrêter son ancien compagnon de cellule, Gabriel Hicks, le meurtrier qui a dupé Gibbs et Fornell...

Un vétéran du corps des marines est interrogé par le NCIS car un autre marine est mort empoisonné en Espagne après avoir mangé un cookie tiré d'un colis. Vance comprend que leur suspect souffre de stress post-traumatique, et l'enquête montre qu'il ne peut pas avoir expédié le paquet piégé...

Gibbs et Ducky sont installés devant la télévision lorsque les images diffusées attirent leur attention. Ils voient à l'écran une arme ancienne, qui pourrait bien avoir été utilisée pour un meurtre commis seize ans plus tôt. Pour résoudre cette affaire, le NCIS collabore avec une jeune chercheuse...

La panique règne au sein du bâtiment de commandement, qui va devoir être évacué. Les agents du NCIS ont en effet découvert un cadavre sur le toit, ainsi que du matériel qui pourrait servir à fabriquer une bombe. Gibbs veut comprendre ce qui se trame. Un danger imminent est-il à redouter ?...

Une affaire conduite par le NCIS conclut qu'Elena, une petite réfugiée orpheline âgée de 10 ans, fait l'objet de terribles menaces de la part d'un gang extrêmement violent. Gibbs prend cette enquête à coeur et veille personnellement à assurer la protection de l'enfant, dont il obtient la garde protégée...

Le NCIS recherche un quartier-maître soupçonné d'agression. Celui-ci a réussi à s'échapper lorsque la voiture du shérif, qui poursuivait un chauffard, a terminé sa course dans un lac. Torres travaille en étroite collaboration avec Annie Barth, une femme aveugle qui pourrait avoir entendu quelque chose...

Sara Carter insiste auprès de Gibbs pour qu'il enquête sur le meurtre de sa mère car elle croit que les autorités locales ont condamné le mauvais suspect. En outre, Abby reçoit une réservation pour deux personnes dans un restaurant cinq étoiles et doit décider quel collaborateur mérite de l'accompagner...

Lorsque des preuves révèlent qu'un membre du NCIS est la cible d'un tueur à gages, l'équipe reprend d'anciens dossiers. Les enquêteurs doivent au plus vite identifier la personne qui serait susceptible de vouloir se venger. Abby et Clayton ont, en effet, été attaqués alors qu'ils sortaient d'un restaurant...

Gibbs assiste au service funéraire d'un vieil ami disparu en mer, le capitaine Phillip Brooks. Sa veuve, Marcy, propose à Gibbs de récupérer les outils dont elle n'aura plus l'usage. Gibbs se rend au domicile du défunt. Dans la cave, il découvre une cache, avec son ami dissimulé à l'intérieur...

Sloane est catégorique : l'homme qui l'a retenue en otage et torturée il y a quelques années en Afghanistan, et qui aurait été tué après son sauvetage, est bel et bien vivant. Elle affirme en outre qu'il habite Washington DC. Vance et Gibbs craignent qu'elle ne soit prête à tout pour détruire cet homme...