Callen begint, zonder het team te informeren, aan een geheim project. Hetty eist dat zijn operatie gestopt wordt, en geeft het team de opdracht om Callen te vinden voordat het te laat is.

Een twintig jaar oude Peruviaanse slachting wordt onderzocht nadat een bekend kledingmodel, één van de overlevenden van de slachting, een potentieel doelwit blijkt te zijn. Kensi gaat undercover als de assistent van het model, terwijl Deeks zich voor doet als haar chauffeur.

Callen en Sam moeten op hun vrije dag toch aan het werk wanneer ze een mysterieus telefoontje krijgen. De beller dreigt onschuldige mensen te vermoorden wanneer Sam niet precies doet wat hij zegt.

NCIS-agent DiNozzo werkt samen met het NCIS: Los Angeles team om de stad te doorzoeken. Zijn gevangene is namelijk tijdens een vlucht van Singapore naar Los Angeles ontsnapt.

Het NCIS-team gaat op zoek naar Ruiz,de voormalige partner van Sam, die verdwenen is tijdens een undercoveroperatie waarbij hij een dodelijk explosief moest kopen.

Nadat een voormalig werknemer van het ministerie van defensie overheidsgeheimen lekt aan een sekte, de Kerk van de Geopende Geest, gaan Kensi en Deeks undercover om hem te beschermen. Ondertussen moet het team voorkomen dat de sekte de informatie verkoopt aan een Chinese spion.

Het team gaat op zoek naar de vermiste Jada, de vrouw die met de hulp van Sam asiel kreeg in de Verenigde Staten. Kensi gaat undercover met DEA-agent Talia Del Campo.

Het team gaat op zoek naar een vermist tienermeisje. Er wordt gevreesd dat ze gerekruteerd is door een terroristische organisatie.

Deeks wordt gearresteerd en ondervraagd over de moord op zijn voormalige partner. Ondertussen probeert het team zijn onschuld te bewijzen.

Wanneer een Noord-Koreaanse spion vergiftigt wordt, en aangereden door een vrachtwagen die kerstbomen vervoert, moet het team onderzoeken wie er verantwoordelijk is voor het binnen smokkelen van spionnen in het land. Ondertussen proberen Deeks en Kensi een manier te vinden om hun beide moeders in hun kerstplannen te betrekken, en ziet Hetty dat Granger niet blij is.

Kensi en Deeks gaan undercover in een ontmantelde kerncentrale terwijl het team de stralingsziekte van een sergeant, die bij de centrale bijklust als beveiliger, onderzoekt.

Het team onderzoekt de moord op een ondernemer die in het geheim een daemon, een computerprogramma dat in het geheim data verzamelt, had ontwikkeld.

Wanneer Kensi en Deeks aan het team mededelen dat ze gaan samenwonen, geeft Hetty hen de opdracht om Jack, de ex van Kensi, te beschermen. Jack is in het bezit van een lijst van belangrijke contactpersonen in Afghanistan.

Om Arkady in Rusland te vinden, gaat het NCIS-team, met Arkady's dochter Anna, undercover tijdens een gala in Los Angeles om toegang te krijgen tot de computer van de Russische consul.

Callen, Sam en Anna verzinnen in Rusland een plan om Anna's vader en de CIA-agent uit de gevangenis te krijgen. Special Agent G. Callen komt er eindelijk achter waar de G in zijn naam voor staat. In Los Angeles nemen Kensi en Deeks Eric mee tijdens een opdracht.

Nadat camerabeelden van Sams familie gevonden worden in Afrika, vliegen Sam en Callen er naartoe om uit te vinden wie er verantwoordelijk is, en waarom. Ondertussen wordt Sams familie naar een onderduikadres gebracht.

Een Cubaanse spion, die gevangen zat in de Verenigde Staten, ontsnapt net voordat hij uitgeleverd wordt aan Cuba voor een gevangenenruil. Het team komt er tot hun verbazing achter dat Anna de spion heeft geholpen te ontsnappen. Deeks bekent aan Kensi dat hij haar te slordig vindt.

Callen en het team proberen een kind te redden die gehersenspoeld is door een terroristische cel. Deeks en Kensi bespreken hun kinderwens.

Het team gaat op zoek naar een Noord-Koreaanse spion, terwijl ze de opdracht hebben om de commandant van de Pacific Command te beschermen.

Nadat psycholoog Nate Getz tijdens een undercovermissie met betrekking tot georganiseerde misdaad en terrorisme geen contact op neemt met Hetty, komt het team erachter dat Nate samenwerkt met een beruchte misdaadbaas.

Granger ondervraagt Jennifer Kim, een Noord-Koreaanse spion en tevens de dochter van Granger. Hij escorteert haar terug naar Los Angeles.

Sam en Callen gaan undercover als brandweerlieden, nadat geheime informatie over potentiële terroristen tijdens een brand uit een container van het ministerie van defensie gestolen wordt.

Wanneer de school van de zoon van Sam overgenomen wordt door een extremistische groep, haast het team zich naar San Francisco om hem te beschermen en de gijzelaars te bevrijden.