Terwijl Sam en Deeks bijkomen van de traumatische marteling die een blijvende indruk zal hebben op hun professionele en persoonlijke relaties, zijn er nog steeds levens in gevaar als het NCIS: LA team zoekt naar de nucleaire wapens.

In een poging om Sam en Deeks te helpen met het terugkomen naar hun werk, roept Hetty, Psycholoog Nate Getz op om hen te helpen met hun traumatische ervaring. Ondertussen moet de rest van het NCIS: LA team de moord op een voormalige Marine Admiraal en een controversieel journalist in een privévliegtuig oplossen.

Het NCIS: LA team moet uitvinden wie een topgeheim van het vaccinatieprogramma heeft gecompromitteerd. Ondertussen heeft Deeks het moeilijk met zijn emoties nu hij weer veldwerk doet.

Het NCIS: LA team bevindt zich in gevaar als men een ontvoeringszaak onderzoekt van een man. De man claimt de vader van Callen te zijn.

Analist Nell Jones wordt toegevoegd aan het NCIS: LA team wanneer een voormalige marine officiers vriendin wordt ontvoerd in ruil voor marine gegevens. Ondertussen breekt Deeks zonder het te weten een van Hetty's regels.

Callen gaat undercover bij een prestigieuze school als een 15-jarige hacker terroristenmissies verstoort.

Het team moet Homeland Security op de hoogte stellen als een moordonderzoek een veel grotere bedreiging vormt voor een trein in Los Angeles.

Wanneer een antiterrorisme apparaat wordt gestolen, moet het team deze en de daders snel zien te vinden voordat er een aanval op Los Angeles plaatsvindt.

Kensi gaat undercover als voedingsexpert. Deeks doet zich voor als een nieuwe patiënt in een verslavingscentrum om de dood van een marine-officier te onderzoeken.

Callen en Sam vragen om de hulp van een Gurkha, een elite Nepalese soldaat die gespecialiseerd is in messengevechten.

De dochter van een senator is het slachtoffer van een huisinbraak. Het team moet onderzoeken of het zomaar een inbraak was, of dat ze speciaal werd aangevallen omdat haar vader senator is.

Kensi en Granger zijn in Afghanistan. Een federale agent wordt vermoord in Los Angeles.

Wanneer twee privé militaire aannemers worden vermoord, leidt dit het team naar een verdachte die een van de teamleden serieus in gevaar brengt.

Sam en Callen gaan naar Mexico om Tuhon te vinden, een huurmoordenaar in ruste die ze tijdens hun eerste missie samen hebben ontmoet. Deeks en Nate helpen vanuit Los Angeles met het onderzoek.

Na een explosie bij een vismarkt moet het NCIS: LA team samenwerken met een undercover DEA agent, om te kijken of het een terroristische aanslag was of dat het een verkeerd gelopen drugsdeal is. Kensi en Granger onderzoeken een helikoptercrash die misschien te maken heeft met hun zoektocht naar de white ghost.

Een undercover agent wordt geïdentificeerd en geëxecuteerd door een lokale bende. Het NCIS: LA team moet de mol zien te vinden voordat andere agenten in gevaar komen.

Het NCIS: LA team wordt opgeroepen om vast te stellen of een computersysteem dat Russische raketten bestuurt een risico vormt. Kensi is geschokt als een bekend gezicht van vroeger zich laat zien in Afghanistan.

Na gehoord te hebben dat speciaal agent Kensi Blye verdwenen is en de Taliban haar misschien gevangen houden, zendt Hetty het NCIS: LA team naar Afghanistan op een bevrijdingsmissie.

Een voormalige marinier wordt gezocht door leden van al Qaeda, voor het verduisteren van geld in Irak. Het NCIS: LA team onderzoekt de zaak.

Een undercover NCIS-agent wordt er van verdacht samen te werken met smokkelaars die hij eigenlijk zou moeten onderzoeken. Het NCIS: LA team neemt hem in bewaring om zo achter zijn werkelijke motief te komen.

Sam is ervan overtuigd dat de diefstal van software verbonden is met de verdwijning van de 10-jarige dochter van de hoofdontwikkelaar.

Wanneer een nieuwsverslaggever aangeeft welke groep verantwoordelijk is voor de explosie bij een militair gesponsord liefdadigheidsevenement, moet het team onderzoeken of wat zij beweerd correct is.

Het NCIS: LA team en de DEA ontdekken dat het kartel plannen heeft om miljoenen dollars aan cocaïne van Colombia naar de VS te smokkelen, door een onderzeeër te gebruiken. Callen en Sam moeten het vaartuig zien te vinden.