Een experimenteel marinevliegtuig stort neer op Oahu en Tennant en haar team moeten erachter komen wie erachter zit voordat geheime staatsgeheimen worden onthuld.

Tennant en NCIS moeten een berucht team van internationale dieven uitschakelen die WO II-explosieven gebruiken op gepantserde vrachtwagens voordat ze hun laatste grote klus voltooien en verdwijnen. Ook gaat Kai op zoek naar een nieuwe plek om te wonen; Lucy en Whistler hebben een impasse over hun eerdere ontmoeting; en Ernie's missie in het veld is alarmerender dan hij had verwacht.

Kai gaat undercover bij een van Hawai'i's oudste surfbendes wanneer een onderofficier die eigenzinnige kinderen probeert te helpen een nieuwe weg bij de mariniers te vinden, wordt vermoord.

Wanneer een geliefde Paniolo (Hawaiiaanse cowboy) wordt neergeschoten terwijl hij op zijn paard rijdt, moeten Jane en haar team het vertrouwen winnen van de Paniolo-gemeenschap om de daders te vinden en het leven van de Paniolo te beschermen. Ook probeert Kai zijn koppige vader te overtuigen om naar de dokter te gaan.

Wanneer een Japanse zeeman wordt gedood op Amerikaanse bodem en bewijsmateriaal koppelt de zaak aan de eerdere moord op de vriendin van het slachtoffer in Japan, moet het NCIS de moordenaar vinden voordat de verkeerde persoon wordt beschuldigd en de zaak veroorzaakt een diplomatieke crisis.

Wanneer een onderofficier van de marine wordt vermoord, onderzoeken Jane en het team terwijl ze de vriend en collega van het slachtoffer beschermen.

Wanneer een anti-kapitalistische demonstrant wordt vermoord, gaan Jane en het team op onderzoek uit en raken verstrikt in een oorlog tussen eco-activisten en een tech-miljardair die vechten om een stuk land. Ook gaan Jane en Kapitein Joe op een date.

Het NCIS-team onderzoekt een cold case waarbij botten uit de Tweede Wereldoorlog betrokken zijn op de 80ste verjaardag van de Pearl Harbor-bombardementen, en is geschokt te horen dat ze toebehoren aan een 100-jarige overlevende van de aanval.

NCIS kruist het pad van het team van Whistler tijdens het onderzoek naar een zeecontainer gevuld met smokkelwaar; Tennant debatteert over de arrestatie van de vader van Alex's vriend, wetende dat haar vriend hierdoor zal verhuizen.

Als er bewijs wordt gestolen om een drugsbaron op te bergen, gaat Lucy undercover op een ondergronds pokertoernooi om erachter te komen welke high-roller achter de misdaad zit. Ook zijn Lucy's gevoelens in beroering wanneer de ex-vriendin van Whistler in de stad arriveert.

Wanneer NCIS de mysterieuze dood van een marine-ingenieur, Joseph Chan, onderzoekt, ontdekken ze dat de laatste persoon die hij ontmoette zijn collega, Maggie Shaw, Jane's mentor en vriend was, die is ontvoerd. Ook komt David Sola, een Nieuw-Zeelandse officier van de inlichtingendienst, aan in Hawaï, na een aanwijzing die de dood van Joseph in verband brengt met een Chinese zwarte geheime agent.

Terwijl Jane de ontvoering van Maggie onderzoekt, is ze geschokt als ze de waarheid ontdekt en haar team en Whistler inschakelt om haar bevindingen te bewijzen.

Terwijl Jane wordt ondervraagd na de arrestatie van Maggie Shaw, onderzoekt de rest van het team een mysterieus geval van mariniers met beschadigde gehoorgangen van een wapen dat ultrasone golven uitzendt. Ook bezoekt Ernie zijn vriend, Dr. Tony Lee (Alec Mapa), om mogelijke verdachten te identificeren die toegang hadden tot zijn geheime wapen.

Terwijl Jesse geniet van een dagje zeilen met zijn dochter, grijpen piraten plotseling hun jacht, gijzelen alle passagiers en vallen Jesse aan, waarbij het aan zijn team wordt overgelaten om zijn dochter snel te lokaliseren en te redden.

Kai gaat undercover als chef-kok in een plaatselijk restaurant om informatie te verzamelen over een beruchte criminele Kingpin die een connectie heeft met het eetcafé. Jane ontdekt ook dat een school op het vasteland Alex heeft aangeworven voor een honkbalbeurs, die hij voor zijn familie geheim houdt.

Als een dam door een ransomware-poging defect raakt, moeten Ernie en een team van hackers de dader snel vinden, voordat alle stroom en water op het eiland worden afgesloten. Ook werken Lucy en Whistler samen, waardoor Whistler de kans krijgt om zich bij Lucy te verontschuldigen en hun relatie te herstellen.

NCIS-agenten Nick Torres en Jessica Knight reizen naar Hawaï als ze horen dat een belangrijke getuige in een van hun oude zaken daar is opgedoken met cruciaal bewijs.

Het NCIS-team onderzoekt een scheepswrak met exotische dieren die nu een bedreiging vormen voor de inheemse fauna op Oahu. Alex loopt ook een blessure op die zijn loopbaan beëindigt en Kai vraagt Melanie, een vis- en natuuragent, mee uit.

Wanneer een zeeman betrokken is bij een moord, wordt het NCIS-team opgeroepen om op hun vrije dag aan de zaak te werken. Lucy komt er ook achter dat Whistler een promotie in D.C. heeft afgewezen om in Hawaï te blijven.

Kapitein Milius keert terug naar Hawaï voor een geheime operatie voor de uitwisseling van gevangenen en haalt Jane binnen als zijn persoonlijke veiligheidsescorte in de Filippijnen, waar de uitwisseling zal plaatsvinden.

Kapitein Milius blijft samenwerken met Tennant en haar team in de nasleep van de uitwisseling van gevangenen tussen de VS en Oost-Europa. Ook Whistler neemt het advies van Ernie aan en maakt een groots gebaar in de hoop Lucy terug te winnen.