Cuando un reservista de seguridad de alto nivel de la Marina es encontrado muerto, Gibbs tiene que trabajar con Samantha Ryan, de la División de operaciones psicológicas para descubrir la verdad tras su aparente suicidio. Mientras tanto, DiNozzo discute con contabilidad después de ver el sueldo de McGee.

Tras una fuga de información secreta, el Secretario de la Marina obliga al NCIS a trabajar en conjunto con PsyOpss, dirigido por la psicóloga Samantha Ryan. El objetivo es unir fuerzas, pero el entendimiento entre la doctora y Gibbs no será fácil.

Tras la muerte de un marine, Tony y Ziva viajan a Colombia para localizar a una teniente y un capellán militar desaparecidos. Para ello se unirán a la que fuera mentora de Ziva en el Mosad durante largos años. Mientras, en la sede del NCIS, Jimmy Palmer trata de elegir a su padrino de boda y la doctora Samantha Ryan vuelve a la vida de Gibbs.

El equipo de NCIS analiza qué secretos podían estar en manos de un terrorista cuando un dispositivo de alta tecnología aparece en el interior del diente de un agente novato. Mientras tanto, los festejos de la primera boda de la serie continúan con la despedida de soltero de Jimmy Palmer.

El equipo de NCIS se enfrenta a sorpresas que lo devastarán en el final de la novena temporada. El terrorismo amenaza con sacudir los cimientos de la Marina de EEUU, cuando el equipo no consigue dar con el paradero del nuevo terrorista más buscado. Esta circunstancia afectará a la boda de Jimmy Palmer. En el capítulo final Jamie Lee Curtis vuelve a ponerse en la piel de la doctora Samantha Ryan, Scott Wolf repite como Jonathan Cole y Richard Schiff encarna a Harper Dearing.