Ziva, Tony et McGee ont été éloignés de l'équipe. Ils ont été remplacés par les agents spéciaux Brent Langer, Michelle Lee et Daniel Keating. Gibbs doit prendre confiance en sa nouvelle équipe. Un des nouveaux venus mène un double jeu. Un officier de la marine, une taupe, a en effet été retrouvé mort...

L'agent DiNozzo, toujours embarqué à bord de l'USS Seahawk, découvre qu'un marin, le lieutenant Brad Evans, s'est suicidé en se jetant par-dessus bord. De retour à la base, le reste de l'équipe part informer l'épouse du militaire. Ils apprennent avec stupeur que la veuve vient d'être assassinée...

Gibbs est contacté par un ami qu'il a connu à l'époque où il était marine. Cette connaissance s'est reconvertie dans la politique et occupe le poste de sénateur. Il est impliqué dans le meurtre d'une femme, lieutenant de la Navy. L'homme politique confie à Gibbs qu'il avait une relation avec la militaire...

Deux marines, Ethan LaCombe et Kelvin Taylor, sont agressés à la sortie d'un bar. Taylor est tué et LaCombe grièvement blessé. L'enquête révèle que LaCombe était la cible principale, ce qui pousse l'équipe à se rendre à Stillwater, la ville natale de Gibbs, où il n'était pas revenu depuis 1976...

Gibbs et son équipe enquêtent sur le meurtre de Rob Brewer, qui a été retrouvé torturé dans son garage. Les empreintes relevées sur les outils qui ont servi à son calvaire mènent les agents sur la piste de Jack Kale, l'ancien chef de section de Brewer. Celui-ci possède pourtant un alibi solide...

En autopsiant un officier de la Navy assassiné, Ducky découvre que le meurtrier a déposé dans la bouche de la victime un morceau de papier sur lequel est inscrite une adresse Internet. Le tueur a filmé son crime et l'a posté sur un site. Les agents sont persuadés que l'homme recommencera à tuer...

Dwayne Wilson, une nouvelle recrue, rejoint Gibbs pour l'aider à résoudre une affaire de vol dans une banque de Quantico. Au cours du braquage, l'agent de sécurité Rudy Vittorio a été abattu. Les agents estiment tout naturellement que Vittorio a été la victime malheureuse d'une attaque qui a mal tourné...

Le secrétariat à la Défense avertit Leon Vance que le dossier Domino, classé top secret, a été consulté par un agent non autorisé. Gibbs et son équipe doivent démasquer cette taupe qui sévit au sein du NCIS. Après avoir soupçonné l'agent Langer, Gibbs pense que l'agent Lee est la véritable coupable...

Les agents du NCIS ont identifié la taupe qui sévissait dans leur service : il s'agit de Lee, qui a été contrainte de divulguer des informations classées secrètes pour répondre aux exigences des kidnappeurs de sa fille. Sa seule chance de retrouver celle-ci vivante consiste à collaborer avec le NCIS...

Greg Collins, un officier de la marine, meurt dans un accident de la route. Le corps couvert d'hématomes du quartier-maître ainsi que le témoignage de ses voisins amènent l'équipe du NCIS à conclure que Collins participait à des combats clandestins. Les enquêteurs interrogent Sam Bennett...

C'est bientôt Noël, mais les agents du NCIS n'ont pas le temps de se reposer. Ils sont amenés à enquêter sur un double homicide. Des empreintes ont été retrouvées. Elles correspondent en tout point à celles de Ned Quinn, un vétéran du Viêtnam que Ducky avait déclaré mort vingt ans auparavant...

Lors de la découverte du corps d'un marine, Gibbs reconnaît le mode opératoire de Celia Roberts, une prostituée déjà incarcérée. McGee est envoyée dans la prison pour obtenir une confession. Le meurtre d'un gardien déclenche une émeute, et l'agent du NCIS est pris en otage par les prisonnières...

Les agents du NCIS enquêtent sur la mort tragique d'un quartier-maître. Ils sont très surpris de retrouver la fiancée de la victime couverte de sang près de la scène de crime. Alors qu'il recueille des indices sur le lieu du drame, Ducky est agressé par une femme qui lui donne un violent coup de couteau...

L'équipe du NCIS est amenée à enquêter sur le meurtre d'un commandant du contre-espionnage, Thomas Jennings, dont le corps a été retrouvé totalement éventré. L'analyse des documents contenus dans son ordinateur et des messages cryptés de sa messagerie laisse envisager que Jennings était un traître...

Un marine est retrouvé mort dans un immeuble abandonné, enchaîné et tué d'une balle de revolver. Gibbs découvre qu'un emplacement était réservé pour un second prisonnier. Le numéro du service d'enquête de Gibbs a été écrit sur le mur, avec du sang. Gibbs cherche des indices auprès de son mentor...

Désormais libre, un homme emprisonné à tort cherche à prouver son innocence en menant sa propre enquête. Lorsque le corps du principal témoin lors du procès est retrouvé, Gibbs laisse l'agent DiNozzo, responsable de la première investigation, se charger de l'enquête pour trouver le meurtrier...

L'agent spécial Jack Patterson a été retrouvé assassiné. Gibbs et son équipe découvrent que la dernière chose que Jack a faite avant de mourir a été d'envoyer à Abby une peinture pour qu'elle soit analysée. Il n'a pas eu le temps de lui dire pourquoi il souhaitait qu'elle s'occupe de cet objet...

Leon Vance charge le NCIS d'enquêter sur le meurtre d'un ancien boxeur de Chicago dont il était proche. Gibbs craint que le directeur n'outrepasse sa juridiction, comme l'avait fait son prédécesseur. Il recherche des informations sur le passé de Vance pour éviter que la situation ne se reproduise...

Les agents du NCIS enquêtent sur une arme découverte par Noah Taffet, un enfant, dans un parc de jeux de la base de Norfolk. L'expertise de l'arme démontre qu'elle a été utilisée il y a peu. Noah est invité à montrer précisément l'endroit où il a trouvé le pistolet, mais les agents pensent qu'il leur ment...

Gibbs accepte de rendre service à Trent Kort, sur la piste de Jonathan Siravo, un criminel recherché. A sa place, les deux officiers interpellent son comptable, Perry Sterling. Celui-ci accepte de révéler tout ce qu'il sait sur le réseau du mafieux. L'équipe du NCIS tente de remonter la filière...

Abby est réquisitionnée par l'armée pour travailler sur un projet ultra-secret. En pleine enquête sur un meurtre, Gibbs et son équipe doivent donc se passer de ses précieux services. Gibbs découvre qu'Abby a été choisie en remplacement de Philip Heller, un scientifique de l'armée qui est porté disparu...

Gibbs et McGee rejoignent la cellule du NCIS à Los Angeles pour les besoins de l'enquête sur le meurtre d'un marine. L'investigation se complique lorsque les suspects s'avèrent être des trafiquants d'armes et des terroristes internationaux. Resté à Washington, Tony s'immisce dans la vie privée de Ziva...

Callen et les autres agents gardent un oeil sur Michael Rivkin car celui-ci doit se rendre à une réunion avec Liam - Liam étant l'identité qu'utilise Callen pour l'enquête. Rivkin, un agent du Mossad, les services secrets israéliens, révèle qu'il traque une cellule terroriste aux Etats-Unis...

Une faille dans la sécurité du secrétaire d'Etat a conduit à la mort d'un agent de l'ICE. Le NCIS et le FBI héritent de l'affaire. Pour cette enquête, l'équipe de Gibbs collabore avec Fornell et l'agent Julia Foster-Yates, de l'ICE. Abby parvient à retrouver la trace de du meurtrier, un agent dormant...

Tony a abattu Rivkin, l'agent du Mossad, les services secrets israéliens. Il prétend avoir agi en état de légitime défense. Il doit toutefois apporter la preuve qu'il n'a pas tué de sang-froid ou par intérêt. Satisfaits des explications fournies, Vance et Gibbs décident de se rendre en Israël avec Tony...