A 7. évad azzal kezdődik, hogy Callen némileg elveszti a fejét, és olyan titkos küldetésre indul, ami Samet és a csapatot bizonytalanságban tartja. Hetty azt követeli, hogy zárják le Callen akcióját, és hogy a csapat még azelőtt állítsa meg a férfit, mielőtt túl késő lenne.

A Kábítószerügyi Hatóság ügynöke, Talia Del Campo segítséget kér az NCIS-től, miután társát meggyilkolják. Eközben Kensi gyanakodni kezd, hogy Deeks titkol valamit, de legnagyobb meglepetésére csak arról van szó, hogy be akarja mutatni édesanyjának.

Az NCIS Los Angeles-i csapata egy 20 éves perui mészárlás esetét göngyölíti fel, miután egy ismert divatmodell - aki a mészárlás egyik túlélője - potenciális célponttá válik. Kensi a modell asszisztenseként épül be, Deeks pedig a sofőrjeként.

Callen és Sam telefonhívást kap szabadnapjukon: a hívó megfenyegeti őket, hogy ártatlan embereket fog megölni, ha nem teszik azt, amit mond.

A csapat Sam egykori társa, Ruiz (Anthony Ruivivar) után nyomoz, aki akkor tűnt el, amikor beépített ügynökként robbanóanyagot vásárolt.

A csapat egy eltűnt tinédzser lány után nyomoz, akiért azért kezdenek aggódni, mert van rá esély, hogy egy terrorista szervezethez csatlakozott.

Deeks-t letartóztatják, és kihallgatják egykori társa halála ügyében. Eközben a csapat megpróbálja bizonyítani ártatlanságát.

A csapat az eltűnt Jada után nyomoz: ő az a nő, aki számára Sam szerzett menedéket az Egyesült Államokban négy évvel ezelőtt. Kensi beépül a Kábítószerügyi Hatóság ügynökével, Talia Del Campoval.

A csapat egy tinilány eltűnésének ügyében nyomoz, akit vélhetően egy terrorista csoport rabolt el, és próbál meg beszervezni.

Deekset letartóztatják, és volt partnerének meggyilkolásával kapcsolatban hallgatják ki. A csapat közben igyekszik társuk ártatlanságát bizonyítani.

Egy feltételezett dél-koreai kémet elgázol egy karácsonyfákat szállító kamion. A csapat nyomozni kezd az ügyben, megpróbálják kideríteni, hogy ki csempész kémeket az országba.

Deeks és Kensi egy már nem működő atomerőmű dolgozói közé próbálnak beépülni, ahol a biztonsági őr mérgezés áldozata lett.

A csapat egy technológiai vállalkozóból lett koczkázati tőkés halálának ügyében nyomoz, aki egy olyan programot fejlesztett, amely lehetővé teszi a lenyomozhatatlan adatgyűjtést.

Amikor Deeks és Kensi bejelenti, hogy összeköltözik, Hetty egy új küldetésre küldi őket. A feladatuk tanúvédelem lesz, a megvédendő személy pedig nem más, mint Kensi volt vőlegénye.

Annak érdekében, hogy megtalálják Arkadijt Oroszországban, az NCIS csapata titokban megjelenik egy los angelesi gálán Arkadij lányával, Annával együtt, ahol megpróbálnak hozzáférni az orosz főkonzul számítógépéhez.

Callen, Sam és Anna tervet eszelnek ki Oroszországban arra, hogy miként tudnák megszöktetni Anna édesapját és CIA-s társát a börtönből.

Miután tetemes mennyiségű biztonsági kamera-felvételt találnak Sam családjáról Afrikában, Sam és Callen odarepül, és megpróbálja megállapítani, hogy ki a felelős ezért, és hogy mi az egésznek a célja. Ezzel egy időben Sam családját egy biztonságos helyre viszik az otthonukból.

A csapat megdöbben, amikor rájön, hogy Anna segített az elítélt kubai kémnek megszökni az amerikai őrizetből, mielőtt visszavitték volna a saját országába rabcsere keretében.

Callen és a csapat megpróbál megmenteni egy veszélyben lévő gyereket, akinek egy terrorista sejt teljesen kimosta az agyát. Deeks és Kensi eközben a gyerekvállalásról beszél.

A csapat egy észak-koreai kém után kutat, miközben a Csendes-óceáni Parancsnokság vezetőjéhez rendelik ki őket védőkíséretnek.

Miután Nate Getz katonai pszichológus nem jelentkezik be Hetty-nél egy titkos küldetés során, a csapat megtudja, hogy egy bűnszövetkezet hírhedt vezetőjével dolgozik együtt.

Egy tűzoltó életét veszti egy mentési folyamatban, amikor egy bizalmas elzárt információs létesítményben tűz üt ki. Miután kiderül, hogy a férfi nem baleset áldozata lett, és hogy nagy valószínűséggel egy kollégája támadta meg, miközben titkos információkat lopott el, Sam és Callen beépülnek a tűzoltók csapatába, hogy leleplezzék a tettest. Eközben Granger és Hetty az NCIS téglája miatt aggódik.

Sam titkosított üzenetet kap a fiától, Aiden-től, amikor a Keating Katonai Akadémiát terroristák szállják meg. Egy felvétel alapján az NCIS-nek világossá válik, hogy Tahir Khaled áll a háttérben, s az ügy máris személyessé válik Sam számára. A csapat titokban behatol az akadémiára, hogy kimentsék a túszokat, és megtalálják Aiden-t, mindezt még a hivatalos hatóságok kiérkezése előtt...