Quando um dos seus desaparece durante uma missão, a equipe precisará trabalhar com o Departamento de Polícia de Los Angeles em um caso envolvendo tráfico de pessoas, lavagem de dinheiro e drogas.

Depois que um misterioso esquadrão de ataque elimina um Agente Especial em missão, a equipe do NCIS entra em ação antes que o próximo alvo seja definido.

A equipe do NCIS entra em ação quando imagens de vigilância mostram uma emboscada em um veículo militar transportando fuzileiros navais no deserto. Enquanto isso, Nate retorna de sua missão misteriosa.

A equipe do NCIS investiga o assassinato de um fuzileiro naval que possui autorização de segurança de alto nível quando ele é encontrado morto e sem uma mão em um estacionamento de Beverly Hills na Rodeo Drive.

Uma gravação que mostra a filha de um comandante naval sendo enterrada viva chega ao Agente Especial Sam Hanna e joga a equipe do NCIS em uma corrida contra o tempo para salvar a garota antes que seja tarde.

Depois que um Centro de Recrutamento da Marinha no centro da cidade é tomado, Callen negocia com sua ex-parceira, Tracy Keller, para conseguir informações sobre um carregamento de mísseis.

Depois que um funcionário do Departamento de Estado e um cirurgião plástico são assassinados por terroristas, a equipe do NCIS procura freneticamente pela única testemunha que pode identificar os rostos alterados cirurgicamente dos assassinos.

Quando um ex-sargento do Exército é encontrado morto, a equipe NCIS procura por líderes terroristas suspeitos de seu assassinato. Enquanto isso, Deeks se conecta a uma pessoa envolvida no caso, o que o torna ainda mais determinado a resolvê-lo.

No primeiro episódio de um especial de duas partes, o assassinato de um traficante de antiguidades faz com que Hetty e a equipe do NCIS procurem por seu livro desaparecido que contém informações ultrassecretas.

Na conclusão de um especial de duas partes, Hetty e a equipe do NCIS continuam procurando pelo livro valiosíssimo que até chamou a atenção de várias agências de segurança estrangeiras.

Kensi se conecta a nível pessoal com um oficial de inteligência da Marinha exonerado que sofre de transtorno de estresse pós-traumático e é o único sobrevivente de uma disputa mortal que está sendo investigada pela equipe do NCIS.

A equipe do NCIS descobre um sistema experimental de rastreamento da Marinha quando um corpo contendo um resíduo ultrassecreto é roubado de uma sala de autópsia.

A equipe do NCIS começa a procurar o indivíduo responsável por roubar um documento confidencial do Pentágono antes que o código de criptografia do arquivo seja decifrado pelo lado errado.

Sam se disfarça de prisioneiro para rastrear um grupo terrorista responsável por vários atentados ao redor do mundo.

Depois que Callen pega um homem invadindo sua casa, um ex-agente da KGB leva a equipe do NCIS a um carregamento de chips de computador falsificados que está entrando nos Estados Unidos.

Suspeitando de um empreendimento secreto envolvendo um acordo entre policiais e militares corruptos, Callen e Sam tentam expor a operação ilegal se passando por policiais da patrulha rodoviária da Califórnia.

A rotina matinal de Deeks é interrompida quando ele é baleado durante um assalto a uma loja de conveniência, o que faz a equipe do NCIS investigar se ele era o verdadeiro alvo dos assaltantes.

O NCIS investiga se a vida de um político venezuelano está em perigo depois que um comandante da Inteligência da Marinha, responsável por rastreá-lo, desaparece de repente.

Kensi se faz passar por uma ladra na esperança de descobrir qual o objeto que um ladrão de alto nível pretendia roubar.

Depois que um especialista em motores de foguete é assassinado, o operador de tecnologia do NCIS, Eric Beale, trabalha disfarçado pela primeira vez para garantir que a tecnologia confidencial usada para construir satélites continua em segurança.

Deeks retoma um antigo pseudônimo que não lhe agrada para proteger seu melhor amigo e informante-chefe de um grupo criminoso que o quer morto.

O NCIS obtém novas informações sobre o paradeiro do aparelho de braquiterapia, roubado em um caso anterior, que poderia ser utilizado para fazer uma bomba.

No final da segunda temporada, a demissão repentina de Hetty leva Callen e a equipe do NCIS a investigar por qual razão ela desapareceria, na esperança de localizá-la.