Callen y Sam trabajan con el capitán de la Armada, Harmon Rabb, Jr. para capturar espías a bordo del USS Allegiance. Además, Hetty se asocia con la Teniente Coronel de la Infantería de Marina Sarah Mackenzie para neutralizar un ataque con misiles en Oriente Medio, y Kensi y Deeks están atrapados en una unidad móvil de la CIA en Irak mientras son atacados por el ISIS.

Haciendo frente a múltiples casos en todo el mundo, el equipo de NCIS se divide, con Callen y Sam trabajando con la agente del Mossad Eliana Sapir en Tel Aviv, y Kensi en Los ángeles se asocia con el agente del Departamento de Justicia Lance Hamilton.

Mientras Callen y Sam están a bordo del USS Allegiance, el barco es puesto en cuarentena por una posible exposición al ébola. Además, Kensi y Deeks investigan el asesinato de un suboficial que recientemente abandonó el USS Allegiance y está relacionado con la exposición al ébola.

El equipo de NCIS busca una pintura robada valorada en 40 millones de dólares cuando en internet se comenta que la obra de arte se está vendiendo en el mercado negro para financiar actividades terroristas.

El equipo de NCIS se alinea a regañadientes con dos ex criminales de Inglaterra, Ricky Dorsey y Frankie Bolton, cuando un poderoso traficante de armas secuestrara a la hija de Ricky en un intento de obtener un sistema de armas peligroso.

El equipo de NCIS vincula el robo de un prototipo de dron submarino a una elaborada fiesta de jugadroes de videojuegos en streaming. Además, Callen y Sam se cruzan de nuevo con la responsable de seguros Katherine Casillas, quien asegura la propiedad y las posesiones del jugador.

Cuando un teniente de la Armada desaparece de la escena de un accidente de coche, el equipo de NCIS procesa la escena del crimen y descubre que su portátil también ha desaparecido con información confidencial a la que se accedió recientemente para los Navy SEAL retirados.

Callen y Sam viajan a San Francisco para buscar a Beale, ya que ha sido secuestrado durante una misión clandestina para Hetty.

Akhos Laos, un ex agente de operaciones negras originalmente reclutado y entrenado por Hetty Lange, regresa para vengarse de Hetty por la vida en la que le introdujo.

Mientras el equipo investiga el robo de un virus informático, Callen y Sam consideran su futuro en la agencia, Kensi y Deeks discuten sobre tener hijos, y Eric y Nell analizan el impacto de la misión encubierta de Eric en su relación. Además, el equipo rastrea a Mara, una sospechos banquera de alto rango.

La oficial de la CIA, Veronica Stephens, pide ayuda al equipo de NCIS cuando un ingeniero agrónomo muy famoso desaparece en Nigeria.

El equipo NCIS investiga el mercado negro de opioides de Los Ángeles por temor a que estén financiando el terrorismo con la venta de drogas.

El equipo de NCIS investiga el asesinato de un ingeniero de guerra naval en un evento de poesía. Además, Callen le pide a Nell que lo ayude en la búsqueda del paradero de Anna.

Anna Kolcheck regresa para advertir a Callen de que está en peligro y que ahora debe trabajar con un archienemigo para detener una red de tráfico clandestina.

Cuando Fátima es capturada durante una misión y piden su rescate, Callen y Sam reclutan a un agente secreto de la CIA, Kadri, para ayudar a recuperarla.

Mia Calvillo, agente especial del FBI, muere asesinada mientras busca al agente desaparecido Devin Roundtree. Nell sospecha que Anna sigue en Los Ángeles, y ofrece su ayuda para encontrarla.

Nell tiene novedades de un caso del Pentágono para el equipo: ha desaparecido un hombre, Walter Anderson, un agente del Departamento de Defensa; pero solo lleva tres horas desaparecido.

Una misión conjunta de los SEAL y otras agencias del gobierno en la que participaba Fatima no ha salido como se esperaba y la mujer desaparece. Sam y Callen se marchan a Egipto para rescatarla.

Callen vuelve de sus vacaciones, pero Sam actúa como si su regreso no fuese importante. El equipo ayuda al Departamento de Justicia con una investigación. Eric debe lidiar con la marcha de Nell.

El NCIS ayuda a un ex operador de tecnología del equipo a buscar a su ex compañero desaparecido, cuando temen que pueda estar trabajando con los traficantes de armas que no lograron atrapar hace años. Además, Callen le revela a Sam que está a punto de echar raíces con Anna, y Deeks se tambalea cuando su bar recibe una crítica negativa.

Dos SEAL en Afganistán sostienen que su superior Thomas Argento asesinó a un prisionero desarmado y Sam, Rountree y Callen irán al país asiático para investigar los hechos.