Callen fait cavalier seul pour retrouver la trace d'Arkady Kolcheck. Défiant le NCIS, il se rapproche en secret d'un ancien membre du KGB et oblige Hetty à exiger son arrestation par ses propres collègues...

L'agent de la DEA Talia Del Campo fait équipe avec le NCIS après le meurtre de son coéquipier. Arrêté pour avoir voulu transmettre une liste d'informateurs au sein des cartels mexicains, l'homme aurait agi sous les ordres d'un cabinet d'étude de comportement sous contrat exclusif avec le gouvernement...

Le NCIS collabore avec Alex Elmslie, un membre du Tribunal Pénal International qui traque depuis 20 ans un général péruvien. En passe d'être élu Président, l'homme a été à la tête d'un massacre auquel aurait survécu une jeune fille. Pour protéger cette cible potentielle, devenue un célèbre mannequin à Los Angeles, Kensi se fait passer pour son agent et Deeks pour son chauffeur...

Sam et Callen sont en repos lorsqu'ils reçoivent un appel téléphonique les prévenant de l'explosion imminente d'une bombe côté d'eux. Les deux agents sauvent une vingtaine de personnes mais l'homme les menace à nouveau de faire exploser une autre bombe s'ils ne suivent pas ses prochaines instructions...

L'équipe fait la connaissance de Tony DiNozzo, venu de Washington pour récupérer un prisonnier à l'atterrissage d'un vol en provenance de Singapour pour Los Angeles. Accusé de blanchir l'argent de groupes terroristes, l'homme s'est enfui après s'être fait remplacer par un sosie. DiNozzo, qui n'a pas informé Gibbs de cet incident, a besoin de ses confrères pour retrouver le fugitif au plus vite...

Un agent de l'ATF en mission d'infiltration disparaît avec l'argent d'une transaction d'explosifs. Premier coéquipier de Sam au NCIS avant Callen, l'homme est un ancien toxicomane. Sam et le reste de l'équipe doivent le retrouver et déterminer s'il est toujours fiable...

Exfiltrée du Soudan par le NCIS pour son témoignage contre son frère criminel de guerre, Jada Khaled, bénéficiant du programme de protection des témoins, disparaît après l'attaque de son convoi. L'un des assaillants appartenant au cartel de Molina, engagé pour l'enlever et la renvoyer au Soudan, Kensi fait équipe avec Talia del Campo, de la DEA, pour infiltrer le cartel...

Le NCIS doit remonter la piste d'une note retrouvée après un accident de la route, sur laquelle est inscrit le nom d'un terroriste, recruteur et propagandiste de Daesh. L'enquête les mène à une agence de mannequins qui recruterait de jeunes Américaines pour les marier à des djihadistes...

Deeks est arrêté pour le meurtre de son ancien équipier de la police, qu'il soupçonnait de corruption. Le NCIS se mobilise pour prouver son innocence, suivant la piste d'un ancien membre des affaires internes, arrêté par Deeks pour trafic d'armes et tout juste évadé de prison...

Le NCIS se prépare à célébrer Noël, sauf Granger qui n'a pas vraiment l'esprit à la fête. Les agents doivent malgré tout enquêter sur le meurtre d'un espion nord-coréen, empoisonné dans la rue avant d'être renversé par un véhicule...

Un sergent de l'armée qui travaillait également comme agent de sécurité dans une centrale nucléaire a été irradié. La direction ne facilitant pas l'accès au NCIS, Deeks et Kensi infiltrent la centrale pour déterminer si les failles de sécurité étaient intentionnelles...

L'équipe enquête sur le meurtre d'un entrepreneur dans le HiTech, ancien de la Navy spécialisé dans le domaine de la Cyber Guerre. Secrètement, avec un ancien associé, il a développé un deamon, un programme informatique caché qui permet de collecter des données de manière indécelable.

Alors même qu'ils viennent d'annoncer leur emménagement ensemble, Kensi et Deeks sont assignés à la protection de Jack Simon, l'ex fiancé de Kensi qui a refait sa vie en Afghanistan. Jack était en contact avec un homme chargé de répertorier des antiquités afghanes. Alors que ce dernier a disparu, le NCIS craint que cette liste ne tombe dans les mains des terroristes...

Après avoir découvert qu'Anna Kolcheck était impliquée dans l'enlèvement d'un ancien membre du KGB en échange d'une vidéo prouvant que son père est toujours vivant, le NCIS fait équipe avec elle pour retrouver la trace d'Arkady Kolcheck en infiltrant un gala donné au Consulat russe.

Sam, Callen et Anna Kolcheck partent en mission secrète à Moscou pour exfiltrer Arkady Kolcheck et l'agent de la CIA de la prison où ils sont détenus. Sur place, ils vont recevoir l'aide d'un homme qui semble familier à Callen...

Sam et Callen se rendent en Érythrée aux côtés des soldats luttant contre la LRA, une armée dont le commandant est recherché pour les exactions commises depuis plus de 10 ans. Sur place, Sam découvre que la LRA détient de nombreuses informations sur lui et sa famille, et que la femme dont il était tombé amoureux, Jada Khaled, est retenue captive à cause de son frère qui a rejoint les troupes rebelles...

Un espion cubain parvient à s'échapper d'une planque de la police juste avant son échange contre un prisonnier américain détenu à La Havane. Le NCIS découvre alors avec stupeur que c'est Anna Kolcheck qui l'a aidé, et tente de découvrir pour le compte de qui la jeune Russe a effectué cette mission...

Une bombe provenant d'une ceinture piégée explose dans le centre de Los Angeles. Sur les caméras, le NCIS découvre qu'il s'agissait d'un enfant de 11 ans, aperçu en train de s'enfuir avec son frère jumeau. Ces enfants seraient nés dans une clinique de fertilité à Bombay et auraient été endoctrinés par une cellule terroriste…

Assignés exceptionnellement à la protection des participants à une réunion sur le Pacifique, réunissant des amiraux venus d'Asie, le NCIS soupçonne la présence d'un agent nord-coréen dont la mission reste à identifier…

L'attaque d'un convoi militaire conduit l'équipe à retrouver le psychologue Nate Getz, chargé par Hetty d'une mission sous couverture pour démanteler une organisation criminelle mais ne donnant plus de nouvelles depuis plusieurs mois. Lorsque Callen est kidnappé, tous se demandent si Nate n'a pas trahi son pays...

Après le meurtre d'un espion nord-coréen figurant sur une liste de noms à abattre, le NCIS recherche le dernier homme encore en vie. Escortée par Owen en personne après son arrestation par le NCIS pour avoir exécuté plusieurs espions nord-coréens, Jennifer Kim lui avoue savoir qu'Owen est son père biologique...

Un incendie criminel dans un conteneur sécurisé du Département de la Défense a causé la mort d'un pompier. Pour découvrir l'auteur et identifier les données volées, Sam et Callen intègrent la brigade de soldats du feu...

Sam reçoit un code de détresse de son fils Aiden alors que son école militaire est prise d'assaut par un groupe terroriste. Sam, Callen, Kensi et Deeks se précipitent sur place avant les autres équipes d'intervention pour libérer les otages...