Callen en Sam werken met Navy Capt. Harmon Rabb, Jr. om spionnen aan boord van de USS Allegiance te arresteren. Hetty werkt samen met Marine Lt. Col. Sarah 'Mac' Mackenzie om een raketaanval in het Midden-Oosten te neutraliseren. Kensi en Deeks zitten gevangen in een mobiele CIA-eenheid in Irak terwijl ze worden aangevallen door ISIS.

Geconfronteerd met meerdere gevallen wereldwijd, splitst het NCIS-team zich op. Callen en Sam werken samen met Mossad Agent Eliana Sapir in Tel Aviv en Kensi werkt samen met DOJ Agent Lance Hamilton in Los Angeles.

Callen en Sam voeren beveiligingswerkzaamheden uit voor gepensioneerd marine-admiraal Kilbride in een operatie om een vermiste marine-inlichtingenofficier te vinden.

Terwijl Callen en Sam aan boord zijn van de USS Allegiance, wordt het schip in quarantaine geplaatst voor mogelijke blootstelling aan ebola. Ook onderzoeken Kensi en Deeks de moord op een onderofficier die onlangs de USS Allegiance heeft verlaten en is gekoppeld aan de blootstelling aan Ebola.

Het NCIS-team zoekt naar een gestolen schilderij met een waarde van $ 40 miljoen nadat een online chatter aangeeft dat het kunstwerk op de zwarte markt wordt verkocht om terroristische activiteiten te financieren.

Het NCIS-team sluit zich schoorvoetend aan bij twee voormalige criminelen uit Engeland, Ricky Dorsey en Frankie Bolton, nadat een krachtige wapenhandelaar Ricky's dochter ontvoert in een poging een gevaarlijk wapensysteem te verkrijgen.

Het NCIS-team koppelt de diefstal van een onderzeese drone-prototype aan het uitgebreide feest van een videogame-streamer. Ook kruisen Callen en Sam opnieuw de wegen met verzekeringsmakelaar Katherine Casillas, die het bezit en de processies van de gamer verzekert.

Nadat een marine-luitenant na een auto-ongeluk is verdwenen, verwerkt het NCIS-team het plaats delict en ontdekt dat zijn laptop ontbreekt, samen met recent geopende vertrouwelijke informatie voor gepensioneerde Navy SEAL's.

Callen en Sam reizen naar San Francisco om Beale te zoeken nadat hij is ontvoerd tijdens een clandestiene missie voor Hetty.

Akhos Laos, een voormalige Black Ops Agent, oorspronkelijk aangeworven en getraind door Hetty Lange, keert terug om wraak te nemen op Hetty voor het leven waaraan ze hem introduceerde.

Terwijl het team de diefstal van een computervirus onderzoekt, denken Callen en Sam na over hun toekomst bij het bureau, Kensi en Deeks hebben het over kinderen, en Eric en Nell analyseren de impact van Eric's undercoveropdracht op hun relatie.

CIA-officier Veronica Stephens vraagt het NCIS-team om hulp wanneer een landbouwingenieur Hetty haar vraagt om naar de Verenigde Staten te brengen en vervolgens verdwijnt.

Nadat het dodental oploopt door het gebruik van drugs op de zwarte markt ontdekt het NCIS team een link met de drugs en het bekostigen van terroristische activiteiten.

Het NCIS-team onderzoekt de moord op een ingenieur voor oorlogvoering op zee tijdens een gesproken poëzie-evenement. Callen vraagt Nell om hem te helpen bij een wereldwijde zoektocht naar de verblijfplaats van Anna.

Anna Kolcheck keert terug om Callen te waarschuwen dat hij in gevaar is en hij moet nu samenwerken met een aartsvijand om een ondergrondse ring aan mensenhandel te stoppen.

Wanneer Fatima gevangen wordt genomen tijdens een missie en wordt vastgehouden voor losgeld, zoeken Callen en Sam een undercover CIA-agent om haar terug te krijgen.

Wanneer een FBI-agent wordt gedood terwijl hij probeert de locatie van een undercoveragent te traceren, moet NCIS de vermiste agent vinden voordat de criminelen die hij aan het onderzoeken was dat doen.

Terwijl NCIS onderzoek doet naar de verdwijning van een minister van defensie die een recente UFO-waarneming aan het onderzoeken was, neemt Anna een moedige beslissing over haar toekomst.

Sam onderzoekt de moord op een Iraanse ballingschap die werkt om het huidige regime omver te werpen, maar hij moet ook agent Roundtree proberen te redden, een nieuwe agent die een onverwacht avontuurlijke eerste werkdag heeft, wanneer hij per ongeluk een bom activeert. Ook neemt Nell een beslissing over haar toekomst bij NCIS.

NCIS staat de DOJ bij in het onderzoek van een brandstichter die zich richt op een FBI-schuilplaats die een politieke activist beschermt die asiel zoekt. Eric behandelt de nasleep van het vertrek van Nell uit het team.

Sam, Callen en Rountree reizen naar Afghanistan wanneer marineluitenant-kolonel Sarah "Mac" MacKenzie NCIS vraagt ​​om te helpen met een gevoelige zaak nadat twee SEAL's beweren dat hun chef een ongewapende gevangene heeft vermoord.