L'Office des projets spéciaux (OPS) est une division du NCIS basée à Los Angeles et spécialisée dans les missions d'infiltration. Tête brûlée de l’équipe, l’agent G. Callen change d’identité à chaque nouvelle mission au détriment de sa vie personnelle. Son partenaire, l’agent Sam Hanna, est un ancien nageur de combat (SEAL), spécialisé dans la surveillance. Ils sont accompagnés de Kensi Blye et Dominic Vail, une jeune recrue. La saison 2 accueille le lieutenant de police du LAPD, Marty Deeks qui devient officier de liaison du NCIS. Grâce à une technologie de pointe et à des agents caméléons durement entraînés, cette unité mène à bien de complexes opérations sous couverture pour déjouer attentats et autres menaces terroristes. La responsable hiérarchique n'est autre qu'Hetty, véritable mère protectrice de la section, mais incarnant aussi le rôle de la patronne dure d'oreille.

Na segunda temporada de NCIS: Los Angeles, a equipe investiga diversos casos bizarros que só aconteceriam na Cidade dos Anjos. A equipe também enfrenta dificuldades em suas vidas pessoais. A temporada termina com a súbita demissão e desaparecimento de Hetty, levando a equipe a ir atrás dela.

A la vez que el agente especial "G" Callen (Chris O'Donnell) se enfrenta a los demonios de su pasado, tiene también que dirigir al equipo, el cual incluye a su ex-compañero de los SEAL de la Marina Sam Hanna (LL Cool J), la agente especial Kensi Blye (Daniela Ruah), y el agente de la policía de Los Ángeles Marty Deeks (Eric Christian Olsen), en una vibrante persecución de crueles terroristas, cabezas de misiles nucleares desaparecidas, herederos saudíes secuestrados, y brutales traficantes de personas. Para complicar aún más las cosas, la directora del OPS Hetty Lange (la ganadora de un Oscar Linda Hunt) guarda sus propios secretos, haciendo que los miembros del NCIS se cuestionen quién es el cazador y quién el cazado.