Un nouvel élément relance la traque de Pamela Raynosa, trafiquante de drogue et ennemie jurée de Gibbs. Elle était à bord d'un hélicoptère qui s'est écrasé, causant la mort d'un marine. La criminelle est visiblement de retour aux Etats-Unis pour consolider son trafic et éliminer l'agent du NCIS...

Un établissement scolaire est évacué à la suite d'une fuite de gaz. A la fin de l'alerte, Rebecca, 13 ans, manque à l'appel. Son grand-père, qui s'occupe d'elle en l'absence de ses parents militaires, pense que les ravisseurs vont demander une rançon : la mère de Rebecca vient de toucher un héritage...

Les agents du NCIS sont appelés sur les lieux d'un crime. Victime d'une tentative de vol, le marine Heather Dempsey a utilisé son arme et tué l'intrus. L'affaire pourrait être vite classée, mais Tony DiNozzo découvre que Dempsey ment lorsqu'elle prétend avoir été seule chez elle au moment de l'agression...

Un officier américain, qui participait à des opérations secrètes menées par la CIA, est retrouvé mort. L'équipe de Gibbs se retrouve à enquêter à bord d'un navire de la marine britannique, où l'officier de liaison qui les accompagne, Peter Malloy, a tôt fait de se rendre antipathique à Gibbs...

Les agents du NCIS se rendent dans les studios d'une station de radio, théâtre d'un triple meurtre. Le producteur, l'animateur ainsi que son invité, un commandant de la Navy, ont été abattus. La cible était a priori Adam Gayter, l'interviewé. Il venait en effet de recevoir un mail de menaces...

Un lieutenant de marine, Clea Thorson, meurt, renversée par un bus. Sur son corps, d'étranges codes inscrits à l'encre noire. Ducky découvre que la jeune femme a été empoisonnée par une substance qui la rendait paranoïaque. Cette scientifique brillante avait été licenciée d'une entreprise de biotechnologies...

Woodrow Iverson, un employé du groupe Royce, a été retrouvé mort alors qu'il devait assister à une importante réunion avec son ami, l'amiral Chase. Le NCIS intervient pour mener l'enquête. Iverson arrivait de Genève. Dans l'avion, il avait rencontré le père de l'agent DiNozzo, un témoin clé de l'affaire...

Le NCIS interroge une femme qui a volé des informations sur des cartes de crédit. Ils découvrent qu'un des numéros les mène à un homme fiché comme terroriste. Le NCIS découvre alors que cette femme est un agent du Mossad. Pendant ce temps, Gibbs enquête sur la mort de trois passeurs...

Les agents du NCIS ont découvert le corps d'Amit Hadar, qui travaille pour le Mossad. Vance veut à tout prix que le directeur de l'agence d'espionnage israéliene, Eli David, soit localisé. Vance et Eli David se connaissent bien. Ils se sont rencontrés pour la première fois en 1991, à Amsterdam...

L'officier Jerry Neisler, témoin crucial dans un procès où la peine de mort pourrait être prononcée, a disparu. La procureure Gail Walsh demande l'aide des agents du NCIS pour le retrouver avant que les audiences ne soient annulées. Samuel Hayes, l'accusé, comparaît pour avoir agressé mortellement une jeune femme...

Les agents du NCIS enquêtent sur le meurtre du lieutenant Patrick Nolan, abattu alors qu'il dînait avec sa soeur et son oncle sur un bateau. Abby parvient à déterminer que le tireur était posté à environ cinq mètres de la victime. Le meurtrier était soit dans l'eau, soit sur une autre embarcation...

L'équipe de Gibbs est appelée à enquêter sur la mort d'un officier recruteur de l'armée, dont le corps a été retrouvé dans une école. La soeur de la victime révèle aux inspecteurs son secret, qui apporte un nouvel éclairage à l'enquête. Par ailleurs, le docteur Magnus rend visite à son successeur au NCIS...

Un marine, le lieutenant Travis Wooten, est retrouvé mort dans son jardin. Son corps, notamment sa tête, présente de nombreuses traces de coups. Sa femme Georgia et son fils sont quant à eux portés disparus. Georgia est d'ailleurs sergent dans l'armée et enseigne le combat rapproché, sa spécialité...

Un commandant des forces navales est retrouvé mort dans sa cabine, abattu avec une arme à feu. Les enquêteurs du NCIS pensent avoir affaire à un suicide. Pendant leur enquête, les hommes de Gibbs sont également soumis à des évaluations psychologiques. Ils évoquent le passé avec le docteur Rachel Cranston...

Un ministre de la Défense d'un pays étranger échappe de peu à une tentative d'assassinat. Il doit la vie à un de ses gardes du corps. Ce dernier, un marine, est tué au cours de l'attentat. L'homme politique demande à l'équipe du NCIS de surveiller et de protéger sa fille, qui fait ses études à Washington...

Les agents du NCIS enquêtent sur le meurtre du caporal Troy Amstrong. Le corps du soldat a en effet été découvert mutilé. Certaines phalanges ont été coupées et des dents extraites. L'enquête révèle qu'une femme, qui avait eu plusieurs rendez-vous avec Amstrong, s'est récemment servie de sa carte bancaire...

Un assistant du NCIS, récemment licencié, a été assassiné. L'enquête révèle qu'il vendait des informations sur des objets ayant appartenu à Leona Phelps, laquelle a été condamnée pour fraude après avoir extorqué l'argent de Marines. Leona Phelps se dit prête à passer un accord avec le NCIS...

Vance, le directeur du NCIS, demande à ses agents de reprendre l'enquête sur le meurtre du colonel Parks, dont le corps a été retrouvé trois semaines plus tôt. Gibbs commence par interroger Nick, le fils de la victime. Il se demande si le jeune homme de 18 ans ne serait pas un consommateur de drogue...

Un caporal de la Marine, travaillant pour une agence de renseignement, est retrouvé mort. Il a laissé derrière lui un message en lettres de sang, qui met les agents du NCIS sur les traces d'un document important pour la sécurité du pays. C'est alors qu'un agent du FBI est assassiné à son tour...

Le NCIS enquête sur un tueur en série dont le mode opératoire est bien connu des inspecteurs. L'assassin lave soigneusement ses victimes, après ses meurtres, et les enveloppe dans un film plastique transparent. Après cela, il nettoie la scène de crime de fond en comble pour ne pas laisser une seule trace...

Gibbs et son équipe sont chargés d'enquêter sur une nouvelle affaire de meurtre survenue au sein du Pentagone. Des caméras de surveillance ont pu filmer la scène au cours de laquelle un quartier-maître a assassiné l'un de ses collègues. Malgré la ténacité des policiers, le suspect demeure introuvable...

Les agents pensent qu'une nouvelle victime du tueur en série a été découverte lorsqu'un ancien collègue de Tony, Danny Price, est retrouvé assassiné. La méthode employée par le criminel correspond à celle du serial killer. Tony est touché par ce drame : il se replonge à l'époque où il était policier...

Les agents du NCIS tentent d'exploiter la piste d'E.J. Barrett dans l'enquête sur le psychopathe de Port-to-Port. C'est alors qu'un nouveau cadavre est découvert, celui de l'agent Earl Stark. Malgré l'absence de film alimentaire sur le corps de Stark, les enquêteurs pensent qu'il a été victime du tueur...

Les agents du NCIS poursuivent l'enquête sur le tueur en série. Ils se rendent dans un appartement pour y rechercher d'éventuelles traces de lutte. Ils découvrent le cadavre de Levin, mais Cade est encore en vie. Gibbs se lance à la poursuite de Cobb et découvre EJ avec un plastique autour de la tête...