Podczas dojazdu do pracy Ziva jest świadkiem eksplozji. Wśród zamachowców rozpoznaje byłego współpracownika z Izraela. W zaistniałej sytuacji nie mogąc zwrócić się bezpośrednio o pomoc do kolegów z NCIS, Ziva kontaktuje się z Gibbsem, który ostatnio przebywa w Meksyku od czasu zrezygnowania z pracy.

Były marines oskarżony o napad na bank ucieka z więzienia. Grożąc zabiciem córki agenta Tobiasa Fornella domaga się od służb ponownego otwarcia swojej sprawy w celu odnalezienia prawdziwego sprawcy. W tej sytuacji agent specjalny Gibbs powraca do czynnej służby w NCIS.

Młoda porucznik marynarki zajmująca się szyfrowaniem wiadomości zostaje porwana. Sprawę przejmuje NCIS,i aby odnaleźć porwaną Gibbs decyduje się wysłać Zivę w misję pod przykrywką. Wkrótce okazuje się, iż sprawa zaginięcia jest znacznie bardziej skomplikowana niż się na początku wydawało.

Podczas rutynowej kontroli policjanci z drogówki zatrzymują kierowcę rozmawiającego przez telefon. Wkrótce odnajdują w aucie broń, z której niedawno strzelano. Jak się potem okazuje, kierowca jest tajnym agentem pracującym dla służb specjalnych. Prowadząc śledztwo Gibbs prosi Mike'a Franksa o pomoc.

W święto Halloween ktoś porywa córkę oficera marynarki, a on sam zostaje zaatakowany we własnym domu. W toku śledztwa agenci NCIS dowiadują się, że mężczyzna jest po rozwodzie z orzeczeniem o winie żony, dlatego postanawiają się skupić na jej ekspartnerze.

W wybuchu, do którego dochodzi w należącym do armii country clubie, ginie pułkownik marynarki. Agenci NCIS dochodzą do wniosku, że zamach był dziełem terrorystów, a w śledztwie pomaga im wojskowe biuro śledcze. CIA daje im wskazówkę prowadzącą prosto do opuszczonego magazynu, który okazuje się pułapką.

Agenci NCIS muszą rozwikłać niesłychanie delikatną sprawę - śmierć byłego oficera marynarki, którego ciało znaleziono w pokoju hotelowym. Śledztwo wskazuje, że nie było to samobójstwo, a mężczyzna był bezdomny. Na jaw wychodzą także różne kompromitujące fakty dotyczące jego życia, ale Gibbs chce koniecznie dowieść jego niewinności.

Agent McGee łamie zasady i ryzykuje karierę, usiłując pomóc swojej siostrze, Sarze, która przychodzi do niego zszokowana i zakrwawiona. Podczas gdy on próbuje dojść, co zaszło, agenci NCIS pracują nad sprawą zabójstwa marynarza, który był bliskim znajomym Sary.

W budynku mieszczącym się na terenie bazy marynarki ekipa remontowa odkrywa ciało człowieka umieszczone w przewodzie kominowym. Wezwani na miejsce agenci szybko identyfikują ciało i okazuje się, że to zwłoki poszukiwanego od wielu lat seryjnego mordercy. Szybko pojawia się na miejscu agent FBI Fornell z zamiarem przejęcia sprawy...

Por. Roni Seabrook jest naukowcem zajmującym się zagadnieniami sztucznej inteligencji. Pewnego dnia testując prototyp samochodu sterowanego przez robota ginie pod wpływem zatrucia spalinami. Choć dowody wskazują na samobójstwo, to agent specjalny Gibbs nie jest do tego przekonany...

W pewnym małym przydrożnym motelu zostaje znalezione ciało młodej oficerki wywiadu, która miała dostęp do wielu tajnych projektów. Po przybyciu na miejsce Gibbs wraz z zespołem postanawia rozwiązać zagadkę jej śmierci mimo, iż lokalni policjanci zamknęli już sprawę. Wkrótce w jednym z domów agenci znajdują materiały do budowy bomby i zaczynają przypuszczać że w sprawę mogą być zamieszani terroryści.

Poszukiwany na całym świecie terrorysta, Mamoun Sharif, zdobył najnowocześniejszą broń chemiczną i grozi atakiem na największe miasta w USA. W wyścigu z czasem Agenci NCIS muszą ustalić miejsce jego pobytu, aby zapobiec katastrofalnemu skażeniu środowiska.

Tajna akcja zlecona przez dyrektorkę Jenny Shepard w końcu przynosi efekty. Dzięki wysiłkom Tony'ego Jenny w końcu wpada na trop poszukiwanego przez lata podejrzanego, jednak aby go schwytać musi wciągnąć do swojego planu Ducky'ego i cały zespół Gibbsa.

W opuszczonym budynku znalezione zostają zwłoki młodego marynarza. Z początku Agenci NCIS, podobnie jak policja, podejrzewają, że ofiara przedawkowała narkotyki, jednak dowód znaleziony na miejscu przestępstwa wskazuje na to, że było to morderstwo.

Porucznik marynarki zostaje skażony promieniowaniem radioaktywnym. Gibbs musi współpracować z Międzynarodowymi Ekspertami ds. Energii Atomowej. Aby wykryć sabotaż, agenci muszą ustalić, w którym momencie doszło do skażenia.

Eksplozja na wojskowym cmentarzu ujawnia kryptę pełną ludzkich szczątków. Agenci NSCI muszą nie tylko poinformować krewnych zmarłych, aby znaleźć powiązania między ofiarami, ale także zawęzić listę osób podejrzanych o tę wynaturzoną zbrodnię.

Dr Donald "Ducky" Mallard przeprowadza w budynku NCIS rutynową autopsję mężczyzny. Jednak dostaje niemal ataku serca, kiedy to "pacjent" ze stwierdzonym zgonem nagle wstaje ze stołu. Gibbs prowadząc sprawę odkrywa, że mężczyzna jest powiązany z jego starym przyjacielem.

Kiedy weekendowy telefon od nieznanego informatora w sprawie możliwego ataku terrorystycznego kończy się śmiercią dwóch agentów wpędzonych w pułapkę, ekipa NCIS musi dowiedzieć się, kto jest za to odpowiedzialny. Pomaga im agentka Paula Cassidy, która samą siebie obwinia za zaistniałą tragedię.

Zespół Gibbsa rozwiązuje kolejną sprawę, w której ofiarą jest żołnierz piechoty morskiej. Tymczasem McGee jest przerażony gdy orientuje się, że sprawa jest identyczna z historią, którą opisał w swojej nieukończonej jeszcze powieści.

Dyrektor Shepard popełnia ogromny błąd, spotykając się sam na sam z mężczyzną, który ma udzielić jej informacji na temat La Grenouille’a. Ich spotkanie kończy się zabójstwem informatora. Ekipa NCIS musi teraz zdobyć wszystkie informacje i w końcu dopaść ich wroga.

Niewidomy fotograf przypadkowo uwiecznia na jednym ze swoich zdjęć martwego marynarza. Wezwany na miejsce Gibbs wraz ze swoim zespołem rozpoczyna zagadkowe śledztwo próbując dotrzeć do znajomych fotografa.

Kiedy dyrektorka Jenny Shepard wyjeżdża z miasta na prowincję, Gibbs przejmuje jej obowiązki. Mimo szczerych chęci ciężko jest mu grać powierzoną rolę, toteż ciągle kieruje pracą jego zespołu wyjaśniając zagadkę śmierci człowieka, który chciał się z nim spotkać.

Kiedy Jenny wraca z wycieczki po Europie, cała ekipa NCIS zostaje poddana badaniu wykrywaczem kłamstw przez Wydział Bezpieczeństwa Wewnętrznego. Najgłębiej skrywane sekrety każdego z agentów mogą zostać ujawnione.