Un pilota della Marina muore durante il collaudo di un velivolo sperimentale inserito in un programma top-secret. L'ufficio N.C.I.S. di Pearl Harbor, guidato dall'agente speciale Jane Tennant, indaga.

Tennant e la squadra devono catturare una famigerata squadra di ladri internazionali che usano esplosivi della Seconda Guerra Mondiale su camion blindati. Lucy e Whistler si trovano in una situazione di stallo riguardo al loro precedente incontro; e la missione di Ernie sul campo si rivela più allarmante del previsto.

Kai lavora sotto copertura con una delle più antiche bande di surfisti delle Hawaii quando un sottufficiale che sta cercando di aiutare i ragazzi ribelli a trovare un nuovo percorso nei Marines viene ucciso.

Quando un amato Paniolo (cowboy hawaiano) viene colpito mentre è fuori a cavallo, Jane e la sua squadra devono guadagnarsi la fiducia della comunità dei Paniolo per aiutare a trovare i colpevoli e proteggere la loro vita. Inoltre, Kai cerca di convincere suo padre testardo a vedere un dottore.

Quando un marinaio giapponese viene ucciso sul suolo americano e le prove collegano il caso al precedente omicidio della ragazza della vittima in Giappone, l'NCIS deve trovare l'assassino prima che venga accusata la persona sbagliata e il caso inneschi una crisi diplomatica. Inoltre, il capitano Milius fa una richiesta personale a Tennant.

Quando Tennant e l'NCIS hanno il compito di trovare una star dei social media rapita e giramondo, scoprono che non è ciò che suo marito, o i suoi seguaci, pensano che sia. Inoltre, la squadra è in contrasto con Whistler, che ha un programma tutto suo.

Quando un sottufficiale della Marina viene assassinato, Jane e la squadra indagano mentre proteggono l'amico e collega della vittima.

Durante la cerimonia, tenuta dal Capitano Milius, in cui alcuni terreni vengono simbolicamente restituiti al popolo hawaiano, su uno di questi viene rinvenuto il cadavere di una donna.

Suzuki Kazutoshi è un giapponese mandato negli Stati Uniti all'età di dieci anni a lavorare nelle piantagioni di ananas. Durante la Seconda Guerra Mondiale, scelse di diventare una spia americana.

L'ispettore portuale Goodrick viene trovato ucciso in un container contenente due casse di armi. Intanto, Tennat deve risolvere anche una delicata questione di famiglia.

Un poliziotto corrotto viene ucciso davanti agli occhi di Jesse e Kai durante un pedinamento. Per smascherare il colpevole, la squadra s'infiltra in una partita di poker clandestina.

Mentre Jane indaga sul rapimento di Maggie, rimane scioccata quando scopre la verità e chiama la sua squadra e Whistler per dimostrare le sue scoperte.

Joseph Cheng, ingegnere della Marina di origine cinese, muore avvelenato da sostanze tossiche. Stava lavorando ad un progetto top secret su una tecnologia con applicazioni militari.

Una squadra di Marines, durante una mattinata libera in spiaggia, subisce un attacco con delle onde sonore. L'N.C.I.S. indaga. Nel frattempo, la C.I.A. interroga la Tennant sul caso Maggie Shaw.

Mentre Jesse sta seguendo un corso di vela con la figlia Gracie, la barca viene assalita da pirati, che prendono tutti in ostaggio e chiedono un riscatto. N.C.I.S. e Guardia Costiera si attivano subito.

L'N.C.I.S. indaga sull'omicidio di due agenti dell'F.B.I. e di due uomini che utilizzavano il ristorante Ho'olua per riciclare denaro sporco.

Le agenzie federali indagano sulla morte di un marinaio avvenuta durante l'opera di manutenzione di una diga. Ernie viene rapito dalla taskforce che si occupa di combattere gli attacchi ransomware.

La squadra NCIS indaga su un naufragio di una nave che trasportava animali esotici e che ora mette a rischio la fauna selvatica di Oahu. Alex subisce un infortunio che mette fine alla sua carriera e Kai chiede a Melanie un appuntamento.

Sull'isola di Oahu, vengono uccise tre persone in quindici ore. La squadra indaga sugli omicidi per scoprire possibili collegamenti, Ernie lavora faticosamente ad un identikit.

Capitan Milius ritorna alle Hawaii per un'operazione segreta di scambio di prigionieri e porta Jane come sua scorta personale di sicurezza nelle Filippine, dove lo scambio avrà luogo.

Capitan Milius continua a lavorare con Tennant e il suo team all'indomani dello scambio di prigionieri tra gli Stati Uniti e l'Europa orientale. Inoltre, Whistler segue il consiglio di Ernie e fa un grande gesto nella speranza di riconquistare Lucy.