Hetty prend sa retraite et disparaît. La directrice adjointe Shay Mosley arrive à Los Angeles pour superviser l'équipe et procède immédiatement à des changements de personnel.

Lorsque la fille d'un faussaire notoire arrive à Los Angeles, Sam est envoyé sous couverture en tant que financier. Callen s'associe à Anna pour suivre le dernier projet de la famille.

Au cours de l'enquête sur le meurtre d'un lieutenant de la marine, l'équipe du NCIS découvre des dossiers de surveillance classifiés qu'elle a fait entrer clandestinement dans la ville et qui pourraient avoir été vendus à un acheteur étranger.

Des armes d'une valeur marchande d'un million de dollars sont volées, l'équipe remonte la piste jusqu'à un riche événement caritatif, ce qui incite Mosley à être ajouté à la liste des invités avec Callen et Sam pour assurer sa sécurité.

Sam s'infiltre en tant que day trader après le meurtre d'un éminent banquier d'affaires lié à un oligarque russe. L'un des alias de Callen est victime d'un vol de carte de crédit, et Mosley craint que cela ne signale quelque chose de plus important.

Le détective Whiting de la LAPD demande une faveur à Deeks suite à la disparition de son ancien partenaire, le lieutenant Bates de la LAPD, et seul Deeks peut l'arrêter.

Un capitaine de l'armée de l'air en couple avec Kensi dix ans auparavant perce une brèche dans une installation de lancement de missiles nucléaires. Elle est envoyée sur place pour aider.

Dans ce 200e épisode, l'équipe du NCIS doit localiser un groupe d'assaillants inconnus qui ont franchi illégalement la frontière et attaqué des agents de la California Highway Patrol.

Callen et l'équipe s'interrogent sur l'histoire de l'agent de la CIA Joelle Taylor qui échappe à un enlèvement et demande l'aide de Callen.

L'équipe du NCIS traque une assaillante très douée, déterminée à venger la mort de son père en tuant un diplomate brésilien.

L'équipe enquête sur une attaque par rançongiciel qui met hors service l'ensemble du réseau électrique de West LA et paralyse la ville.

Du napalm est détecté sur une scène de crime, l'équipe du NCIS enquête sur l'unique victime pour trouver des liens éventuels avec le terrorisme.

Hetty est torturée par ses ravisseurs au Vietnam, Eric et Nell trouvent un indice sur sa localisation et l'équipe organise une mission de sauvetage avec très peu d'informations.

Callen, Sam, Kensi et Deeks rejoignent les anciens compagnons de guerre d'Hetty, Sterling Bridges, A.J. Chegwidden et Charles Langston, dans une mission de sauvetage dangereuse pour sauver Hetty de ses ravisseurs au Vietnam.

Callen et Sam retirent la fille de Granger du programme de protection des témoins pour aider l'équipe à localiser un espion clandestin qui a obtenu un arsenal de matériaux explosifs.

Callen étudie toutes les possibilités lorsque le service de sécurité diplomatique appréhende son père, Nikita Aleksandr Reznikov, dans le cadre d'un échange contre deux photographes américains retenus en otage en Iran.

En enquêtant sur une disparition, l'équipe découvre un tueur qui organise des spectacles pour des voyeurs fortunés. Mosley fait équipe avec Callen dans une mission conjointe de l'ATF pour appréhender une personne de son passé.

Callen et Sam unissent leurs forces à celles d'Anna Kolcheck et du département Alcohol, Tobacco and Firearms (ATF), lorsque Arkady Kolcheck prévient le NCIS qu'un trafiquant d'armes international notoire est de retour aux États-Unis.

Une ferme de minage se fait voler plus de 10 millions de dollars en codes Bitcoin. Sam et Hidoko s'infiltrent et Sam utilise un ancien pseudonyme probablement compromis.

Callen, Sam et Nell se rendent dans la forêt d'Angeles pour rechercher les pièces d'un lancement de fusée raté, dont un appareil gouvernemental top secret. Hetty tente d'aider Keane à s'acclimater à la vie aux États-Unis.

Le NCIS s'associe au FBI après qu'un Marine a été assassiné par un gaz neurotoxique rare. Deeks fait part de son rêve de quitter les forces de l'ordre et d'ouvrir un bar.

Le NCIS enquête sur le meurtre d'une détenue de prison fédérale qui était la fille adoptive d'un faussaire notoire.

Sam est blessé lors d'une fusillade avec un cartel, et un suspect révèle de nouvelles informations sur l'endroit où se trouve Spencer Williams, l'homme qui a kidnappé le fils de Mosley.

Dans ces épisodes consécutifs du final de la neuvième saison, le NCIS va tout faire pour sauver un membre de l'équipe et un enfant kidnappé lors d'une mission risquée à l'étranger.