Twee maanden nadat Gibbs en McGee voor het laatst gezien zijn, gaat de rest van het NCIS team op zoek naar hun collega's. Vance en Torres worden ondertussen opgeroepen om zich te verantwoorden over wat er in Paraguay gebeurd is.

NCIS wordt erbij geroepen wanneer het lichaam van een vermiste marine luitenant na anderhalf jaar terug wordt gevonden op een kerkhof. Gibbs en McGee moeten een psychische keuring ondergaan alvorens ze weer aan het werk mogen.

Tijdens een surveillance verdwijnt de partner van Torres op mysterieuze wijze. Het onderzoek naar deze verdwijning brengt informatie naar boven over een oude moordzaak.

Vane verwelkomt NCIS special agent Jacqueline "Jack" Sloane die hij zelf heeft geholpen met haar carrière. Het team moet ondertussen de kidnapping van een matroos onderzoeken.

Nadat Reeves ziet dat een vriend van hem ontvoerd wordt, komt het NCIS team erachter dat de hoofdverdachte twee dagen geleden verdwenen is. Een gênante foto van McGee wordt een populaire meme.

Nadat een slachtoffer gevonden wordt, spendeert McGee uren aan het vinden van een getuige. Palmer vraagt of collega's aan een goed doel willen doneren.

Gibbs begint zijn eigen onderzoek wanneer een veroordeelde crimineel zweert dat hij erin geluisd is. FBI agent Fornell voegt zich ondertussen bij het team.

Een verdachte voor het NCIS team in een omkopingszaak waar fraude ook een rol in speelt, wordt vermoord aangetroffen. McGee en Delilah worden het niet eens of ze het geslacht van de baby al willen weten.

Het NCIS team zit achter Andre Yorka aan, een internationale wapenhandelaar die recentelijk een MI6 agent vermoord heeft. Delilah bevalt ondertussen drie weken te vroeg.

Torres en Sloane beschermen een Amerikaanse senator in Afghanistan tijdens de feestdagen. Ze moeten terugkeren naar de Verenigde Staten wanneer ze erachter komen dat de zoon van de senator in de problemen zit.

Torres en Bishop gaan undercover als een crimineel koppel. Ze laten zich als duo inhuren voor criminele activiteiten in de hoop hiermee de verdachte te kunnen oppakken.

Een ogenschijnlijk gelukkige en succesvolle luitenant uit de marine wordt dood aangetroffen en het lijkt op zelfmoord. Gibbs besluit de zaak te onderzoeken en interviewt familie en vrienden van de overledene.

McGee en Torres bezoeken het huis van een scholiere die getuige is geweest van een aanrijding. Haar ouders Christopher en Julie Bell vluchten echter met haar dochter. De dochter van Vance wordt opgepakt voor winkeldiefstal.

Nadat het lichaam van een vermiste commandant wordt gevonden, krijgt Gibbs de opdracht samen te werken met privédetective Tobias Fornell om deze zaak op te lossen. Financieel adviseur Albert Hathaway lijkt meer van de zaak af te weten.

De NCIS sluit een deal met Paul Triff, een veroordeelde moordenaar. Ze willen dat Triff teruggaat naar zijn voormalige woonplaats om daar informatie te vergaren over Gabriel Hicks. Gibbs en Fornell zijn namelijk door Hicks belazerd.

Gibbs en het team doen er alles aan om de goede naam van de gepensioneerde marine sergeant John Ross te herstellen. Er is namelijk cyanide gevonden in de honderden pakketjes die Ross naar mariniers stuurt.

Gibbs en Ducky zien een zeer oud oorlogswapen op televisie. Ze menen dat dit wapen de ontbrekende schakel kan zijn in een zestien jaar oude moordzaak. Ze heropenen de zaak naar aanleiding van hun vondst.

Het hoofdkantoor van het NCIS team wordt ontruimd nadat er een lijk gevonden wordt. Naast het lijk wordt er ook bom materiaal aangetroffen. Daarnaast leest het team de kladversie van het boek van Ducky.

Gibbs krijgt de voogdij over de tienjarige vluchtelinge Elena die wees is. Hij is de aangewezen persoon, omdat het kind het doelwit blijkt te zijn van een gewelddadige bende.

Het NCIS team gaat op zoek naar een veroordeelde officier die heeft weten te ontsnappen toen de sheriff die hem naar de gevangenis moest brengen crashte. Torres werkt nauw samen met een blinde getuige die wel heeft kunnen horen wat er gebeurd is.

Sara Carter smeekt Gibbs om de moord op haar moeder te onderzoeken omdat ze ervan overtuigd is dat de lokale autoriteiten de verkeerde man hebben veroordeeld. Abby mag naar een vijfsterrenrestaurant en moet nu bepalen welke collega ze meeneemt.

Er is bewijs opgedoken waaruit blijkt dat één van de teamleden van het NCIS team het nieuwste doelwit is van een huurmoordenaar. De identiteit van deze huurmoordenaar is echter onbekend. Het team moet oude zaken doorspitten om erachter te komen wie het op ze gemunt heeft.

Gibbs bezoekt de herinneringsdienst van een vriend die verloren is geraakt op zee. Hij komt er echter achter dat de vermeende overledene, kapitein Phillip Brooks, nog leeft en zich verstopt in een schuilkelder. Het schip van Brooks werd namelijk aangevallen maar hij wist te ontkomen.

Sloane komt te weten dat de man die haar jaren geleden in Afghanistan gevangen hield en martelde, gewoon levend en wel rondloop in Washington. Vance en Gibbs vrezen dat Sloane er alles aan zal doen deze man te grazen te nemen.

Na de cliffhanger seizoen 19 finale, met speciaal agent Alden Parker nog steeds op de vlucht met zijn ex-vrouw Vivian, onderzoekt het team wie uit zijn verleden een persoonlijke vendetta tegen hem zou kunnen hebben in de hoop Parker's naam te zuiveren. Met de hulp van NCIS: Hawaï's speciaal agent Jane Tennant en computerspecialist Ernie Malick, die in de stad een ontmoeting hebben met regisseur Leon Vance ter voorbereiding van een wereldwijde militaire oefening, spoort de groep hun hoofdverdachte, The Raven, op.

McGee's persoonlijke leven en professionele leven kruisen elkaar wanneer een vader van de school van zijn kinderen in verband wordt gebracht met een inbraak in een opslagbunker van de overheid.

Wanneer een lijk wordt gevonden op een oude begraafplaats waarvan wordt gedacht dat deze vervloekt is, probeert het team het motief en de symboliek achter de misdaad te achterhalen. Terwijl Torres de therapie met dr. Grace voortzet, ontdekt hij dat hun leven in gevaar is.

Het verleden van agent Knight duikt weer op wanneer haar ex-vriend, een agent van National Parks Service, samenwerkt met NCIS om een ​​moord op een camping te onderzoeken.

Agent Parker komt in actie om directeur Vance te beschermen na een angstaanjagende huisinvasie. Ook ontdekt het team vorderingen in de opbloeiende romance tussen Jessica en Jimmy.

Wanneer een NCIS-agent dood wordt aangetroffen en Kasie vermist wordt, moet het team snel werken om de moordenaar te vinden.

NCIS moet de secretaris van de marine onderzoeken als haar man beweert dat ze hem probeerde te vermoorden.

Nadat een onbekende schutter chaos heeft veroorzaakt tijdens een jaarlijkse Thanksgiving 5K, is tijd van essentieel belang voor het NCIS-team om de dader te vinden. Ook vergezelt Kasie Knight voor de Thanksgiving-lunch in het huis van Knight's zus.

NCIS onderzoekt de dood van een student die werd vermoord terwijl hij over straat rende en connecties had met McGee's vrouw, Delilah.

NCIS-agenten uit Washington, DC, Los Angeles en Hawai'i, allemaal in DC om het pensioenfeest bij te wonen van een geliefde professor van het Federal Law Enforcement Training Center (FLETC), onderzoeken gezamenlijk zijn schokkende zelfmoord. De cross-over gaat verder op NCIS: Hawai'i S02E10 Deep Fake (II) en NCIS: Los Angeles S14E09 A Long Time Coming (III).

Parker ontdekt dat hij het slachtoffer is van identiteitsdiefstal terwijl hij onderzoek doet naar de ongebruikelijke moord op een vaandrig van de marine; Knight en Jimmy krijgen te maken met hindernissen in hun relatie naarmate hun band hechter wordt.

Wanneer een oude vriend van Torres naar hem toe komt, verfomfaaid en bebloed voor begeleiding tijdens een undercover FBI-operatie en vervolgens verdwijnt, helpt NCIS hem op te sporen. Ook bereidt McGee zich voor om deel te nemen aan een populaire spelshow

Ter voorbereiding op een rol volgt een wereldberoemde actrice het NCIS-team terwijl ze een onthoofdingszaak onderzoeken.

Parker worstelt met zijn emoties wanneer een oplichter uit zijn verleden opduikt als hoofdverdachte in de moord op een marineofficier die voor miljoenen dollars aan opioïden vervoerde.

NCIS onderzoekt de dood van een rit-share-chauffeur die werd gevonden na een auto-ongeluk. Ook helpt de vader van Parker, die tijdelijk bij hem woont, het team bij hun onderzoek.

Het NCIS-team komt in actie om te onderzoeken wie verantwoordelijk is voor een mogelijke bioterreuraanslag in een parkeergarage in een stripwinkel; De vader van Knight krijgt te maken met een gezondheidsprobleem terwijl hij in Japan is.

NCIS werkt aan het oplossen van de moord op een marinier die lijkt te zijn vermoord omdat hij een Afghaanse vluchteling hielp. Ook weet Jimmy de druk van het opvoeden van zijn tienerdochter te doorstaan, die dolgraag uit wil gaan op een groepsdate zonder begeleiding.

Het NCIS-team graaft diep om een ​​luitenant van de marine te onderzoeken die ervan wordt beschuldigd haar man te hebben vermoord, maar zich de aanval niet kan herinneren. Kasie navigeert ook door een mogelijke medische schrik.

Agent Knight gaat viraal omdat ze een moeder en kind heeft gered van een mogelijk dodelijk auto-ongeluk.

NCIS werkt aan het oplossen van de moord op de dochter van een senator die een rebelse reputatie heeft en een grote online aanhang. Ook wordt Jimmy competitief met een oude universiteitsrivaal.

Wanneer er een verdachte moord plaatsvindt in het geheime gedeelte van het Nationaal Archief, moet de NCIS een reeks ontmoetingen met Russische spionnen onderzoeken die mogelijk verband houden met de misdaad. Ook doet Jimmy per ongeluk een bekentenis die de loop van zijn relatie met Knight zou kunnen veranderen.

Agent Torres zit in de gevangenis terwijl het team een ​​dreigende terreuraanslag op Amerikaanse bodem probeert te stoppen.