Hetty erfährt im Gespräch mit Alexa, dem Oberhaupt der Comescu-Familie, von Callens Herkunft, seiner Verwandtschaft und dem Grund dafür, dass die Comescus versuchen, alle Mitglieder seiner Familie auszulöschen. Callen, Sam, Deeks und Kensi versuchen mittlerweile, eine Strategie zu entwickeln, in das schwerbewachte Haus zu gelangen, um Hetty zu retten. Indes stoßen Eric und Nell in der Kommandozentale auf eine Akte über die Comescu-Familie, die Hetty versteckt haben muss…

Der Computerspezialist Dennis Calder wird entführt. Kurz darauf wird mit einem von ihm entwickelten Programm ein Hackerangriff auf das Verteidigungsministerium gestartet.

Während der Fahrt auf dem Highway explodiert das Auto von Sergeant Nelson Marcos – er ist sofort tot. Bei der Überprüfung von Marcos’ Haus stoßen Sam und Deeks auf Charles Redman, der etwas von einer Bombe murmelt; kurz darauf fliegt der Schuppen im Garten in die Luft. Die Spur führt zum Clubbesitzer Calvin Winslow, der angeblich seinen Club benutzt, um die Gangs der Stadt mit Waffen zu beliefern. Kensi und Callen stoßen indes auf die rätselhafte Geliebte von Winslow…

Bei einer Razzia, die auf ein mexikanisches Drogenkartell abzielt, kommen mehrere Polizisten ums Leben. Das Team nimmt die Ermittlungen auf und versucht dahinterzukommen, welche Verbindungen zwischen einem Drogenkartell und Al-Qaida besteht. Sie stoßen auf Eva, eine mexikanische Polizeichefin, die angibt, in Los Angeles gegen das Kartell zu ermitteln. Wie Eric herausfindet, sind ihre Motive allerdings nicht ganz uneigennützig: Ihr kleiner Bruder wurde vom Kartell umgebracht…

Stephanie Walters, eine ehemalige Angehörige des Navy-Nachrichtendienstes, wird auf offener Straße erschossen. Die Nachforschungen des Teams führen zu einer gemeinnützigen Organisation, die sich in der Dritten Welt um die Trinkwasserversorgung kümmert. Sie erfahren, dass Stephanie seit Längerem nicht mehr für die Organisation tätig war. Die Ermittler stoßen auf einen früheren NSA-Agenten und Hettys Bekannten Larry Basser. Stephanie war in seinem Auftrag in Afghanistan unterwegs.

Der Ex-Marine Connor Maslin überfällt in einem U-Bahnhof wie aus heiterem Himmel einen japanischen Touristen, der wenig später an seinen Verletzungen stirbt. Dem Team gelingt es, Maslin zu stellen. Beim Verhör gibt er an, dass der getötete Japaner hinter seiner japanischen Freundin her war, die sich gegen den Willen ihres Vaters auf ihn eingelassen hat. Während das Team Maslins Geschichte überprüft, überschlagen sich die Ereignisse…

In der mexikanischen Wüste wird ein erschossener Navy-Angehöriger neben der Leiche eines bekannten britischen Waffenschmugglers gefunden. Der NCIS findet heraus, dass auf komplizierten Wegen Uran über Guatemala und Mexiko in die Staaten geschmuggelt worden ist. Bei den Ermittlungen stoßen sie überraschend auf den CIA Agenten Michael Saleh, der zusammen mit Sam immer wieder undercover im Sudan arbeitet. Zusammen nehmen sie die Fährte des verschwundenen Uran-Pulvers auf…

Im Sudan werden die Leichen von Michael und drei CIA-Agenten gefunden. Das Schicksal von Sam ist ungewiss. Callen fliegt in den Sudan, und das restliche Team versucht herauszufinden, ob es eine undichte Stelle bei der CIA gibt und wer dies sein könnte. Callen trifft auf einen Ermittler des Internationalen Gerichtshofes in Den Haag, Elmslie, der ihn bittet, Beweise gegen Ex-Gouverneur Khaled zu sammeln. Und auch Sam gelingt es indes, Beweismittel gegen Khaled zu beschaffen…

Deeks landet nach einer inszenierten Suspendierung, auch weil die Polizei meint keinen Cop für den NCIS abzustellen, für kurze Zeit wieder beim L.A.P.D. und soll dort einen Maulwurf aufdecken.

Aus einer Universität in Los Angeles wird ein Gerät gestohlen, das starke elektromagnetische Impulse auslösen kann. Es ist imstande, die gesamte moderne Welt mit ihren Computern und elektrischen Geräten lahmzulegen. In den falschen Händen, könnte dies verheerende Folgen haben. Das Team macht sich sofort an die Ermittlungen und stößt auf Professor Carlyle, den Erfinder des Geräts. Ist er das arme Opfer oder spielt der verrückte Professor eine ganz andere Rolle?

Das Team macht Bekanntschaft mit dem neuen Assistent Director Owen Granger. Und dieser schickt Nell Jones direkt in einen Undercover-Einsatz. Der NCIS soll den Mord eines Wissenschaftlers untersuchen

Auf Jada, die Schwester des sudanesischen Ex-Gouverneurs und mutmaßlichen Massenmörders Khaled, wird ein Anschlag verübt. Das Team vermutet natürlich, dass Khaled seine Schwester zum Schweigen bringen lassen will, um ihre Aussage vor dem Internationalen Gerichtshof zu verhindern. Zu ihrer Überraschung stellen sie fest, dass ein Ermittler des Gerichtshofes hinter dem Anschlag steckt. Doch auch Khaled darf nicht aus den Augen gelassen werden…

Zwei Kuriere des Diplomatischen Sicherheitsdienstes, Diane Dunross und Roger Clark, werden bei der Auslieferung einer Kiste überfallen. Noch vor dem Eintreffen des NCIS-Teams haben sie sich vom Tatort entfernt, weil ihr Chef, Gornt, sie zuerst zu dem Vorfall befragen wollte. Wie sich herausstellt, hat Diane den Wagen entgegen der Anweisungen während des Überfalls verlassen. Die Spur führt das Team zu einem Weingut. Dort finden Deeks und Kensi eine ominöse Kiste…

Immer wieder werden Menschen in Autos mit Benzin übergossen und angezündet. Das Team stößt auf einen alten Fall von Callen und Sam, bei dem sie eine Waffenschieber-Bande ausgeschaltet haben. Durch ein außerordentlich geschicktes Verwirrspiel ist es aber dem Kopf der Gang gelungen, aus dem Gefängnis zu fliehen. Das sogenannte Chamäleon operiert mit diversen Identitäten in unterschiedlichen Ländern und scheint ein äußerst intelligenter Verbrecher zu sein, den es zu fassen gilt.

Granger hat Kensi im Verdacht, die Mitglieder der angeblichen Scharfschützen-Ausbildungseinheit ihres Vaters, Donald Blye, durch einen fingierten Autounfall umzubringen. Es tauchen erdrückende Beweise gegen Kensi auf, und Granger nimmt sie in Gewahrsam. Das Team ermittelt unter Hochdruck, und so stoßen sie auf den ehemaligen Koordinator der Einheit, die unter der Leitung von Kensis Vaters Bedrohungen der nationalen Sicherheit der Vereinigten Staaten neutralisiert hat.

Kensi überlebt das Attentat, und noch bevor das Team eintrifft, verfolgt sie den Schützen. Es gelingt ihr, ihren Verfolger zu überrumpeln, dessen Auto zu stehlen und zu der Adresse zu fahren, die zuletzt im Navigationsgerät eingespeichert wurde. Deeks folgt ihr zu dem Haus und wird von Kensi gebeten, die Frau, die dort wohnt, in Sicherheit zu bringen. Es handelt sich um ihre Mutter Julia, mit der Kensi seit der Trennung von ihrem Vater Donald Blye nicht mehr gesprochen hat…

Ein junger Mann, Tuan, sucht Schutz im vietnamesischen Konsulat, wo am nächsten Tag eine Süd-Ost-Asien-Konferenz stattfinden soll. Vor dem Gebäude wird Tuan aus einem vorbeifahrenden Auto niedergeschossen. Das Team stößt bei seinen Ermittlungen auf eine pro-demokratische Bewegung, die durch vorgetäuschte Anschläge in Misskredit gebracht werden soll. Die Spuren führen zu Menschenhändlern, die vietnamesische Näher ausbeuten, und dem Vietnam-Veteran James Cleary…

Vieles deutet darauf hin, dass eine Gruppe SEALs jemanden brutal umgebracht haben. Sam glaubt, dass mehr dahintersteckt, weil er weiß, dass SEALs niemals ohne Grund töten. Und er hat recht.

Bei einem harmlosen Auffahrunfall wird auf der Ladefläche des Trucks von Gavin Knowles eine Bombe entdeckt. Das FBI nimmt den ehemaligen Marine fest und verkündet, einen Terrorakt verhindert zu haben. Das NCIS-Team beginnt mit seinen Ermittlungen und befragt Knowles’ Freundin Mia. Unterdessen versucht FBI Agent Ambrose, jeden Kontakt zwischen NCIS und Knowles zu verhindern. Der Fund einer weiteren Bombe führt das Team jedoch auf eine heiße Spur…

Das NCIS Los Angeles Team arbeitet mit Mitgliedern der Spezial Task Force des Gouverneurs von Hawaii zusammen, um einen tödlichen Zwischenfall zu verhindern. Jede Sekunde zählt.

Deeks und Kensi arbeiten undercover als Mann und Frau in einer Vorortsiedlung. Sie vermuten dort einen russischen Schläfer und wollen ihn enttarnen.

Agent Renko ermittelt undercover im Umfeld eines dubiosen Waffenladens. Seine Tarnung scheint gefährdet und der Rettungsversuch des Teams gelingt nur unter schweren Opfern. Trotzdem bekommt das Team Wind von einem illegalen Waffendeal und stößt beim Treffpunkt auf ahnungslose junge Leute, die auf eine Kleinanzeige geantwortet haben, um Kisten zu schleppen. Für Callen wird die Ahnung zur Gewissheit: Das Chamäleon hat seine Hände im Spiel.

Das Chamäleon ist nach dem Mord an Hunter in Gewahrsam – doch damit ist das tödliche Spiel des Agenten noch nicht vorüber. Granger informiert das CIS-Team unterdessen, dass Atley, ein wichtiger Mann des NSA, entführt wurde, der heikle Regierungsgeheimnisse kennt. Callen und Hanna machen sich mit einigen Kollegen auf die Suche nach dem Vermissten – wieder gibt es Tote. Es wird entschieden, Atley gegen das Chamäleon auszutauschen – sollte er am Ende wirklich ungestraft davonkommen?