El agente Gibbs (Mark Harmon), líder del equipo, tendrá que proteger a todo su entorno familiar y laboral de las amenazas de Paloma Reynosa (Jacqueline Obradors), la jefa de un peligroso cártel mexicano. La criminal, que no tiembla al cumplir sus advertencias, viajará hasta el pueblo de Jackson (Ralph Waite), el padre de Jethro, con la intención de ejecutarle. Reynosa busca vengar el asesinato de su padre, perpetrado por el agente especial del NCIS años atrás.

Leon Vance (Rocky Carroll), el director de la agencia, colaborará con Jethro en esta complicada misión, en la que están en juego muchas vidas. El asunto puede traspasar los límites de su competencia y convertirse en un problema diplomático, razón por la que Vance pretende actuar con cautela. Gibbs contará con el apoyo de todo su equipo y la colaboración de su padre y su incondicional amigo Mike Franks (Muse Watson) para dar caza a Reynosa antes de que ella acabe con él.

El NCIS investiga el secuestro de una joven hija de marines. El único familiar al que pueden informar del suceso es su abuelo y tutor, Nicolas Mason (William Devane), un hombre que siente adoración por ella. Cuando Mason comienza a actuar de manera extraña y oculta información sobre el rapto a los agentes, el equipo investigará en su pasado para averiguar qué puede estar escondiendo.

Una mujer marine y especialista en desactivación de bombas asesina a un intruso que había entrado en su casa. En su declaración, la experta afirma que estaba sola en su domicilio en el momento del allanamiento, pero las pruebas recogidas en la escena confirman lo contrario. Gibbs tratará de persuadirla para que confiese quién se encontraba con ella y por qué trata de ocultarlo.

El cuerpo de un suboficial de la Marina aparece en un pequeño estanque con un disparo. Durante la autopsia, Ducky descubre que la víctima podría haberse ahogado en otro lugar y haber sido transportada hasta allí para ocultar pruebas. Gibbs confirma esta hipótesis al ser informado de que el suboficial trabajaba en un buque británico anclado en el muelle. Cuando los investigadores acuden al barco para investigar, encuentran a sus aliados ingleses poco dispuestos a colaborar con ellos. El caso podría tornarse en un incidente internacional si Leon no actúa con cautela.

El comandante de la Marina Walter Daniels y el locutor de radio local Adam Gator son asesinados por un hombre armado que irrumpe en la emisora con el programa en el aire. Cuando el equipo de NCIS se dirige a la radio para investigar, se da cuenta de que Gator estaba a punto de revelar algo que supondría una amenaza para la seguridad nacional. Este descubrimiento tendrá una gran relevancia en la resolución del caso.

Clea Thorson, una brillante científica naval, muere en extrañas circunstancias. El NCIS, a cargo de la investigación del caso, descubre que había sufrido un lento envenenamiento y tenía el cuerpo marcado con símbolos químicos y escritura codificada. Abby se obsesiona con la víctima y se empeña en descifrar el significado de las marcas y encontrar al culpable de su muerte. Su obstinación preocupará a sus compañeros. Mientras, la nueva conquista de DiNozzo traerá problemas.

Iverson, un ex marine ya retirado, aparece muerto en las dependencias de una escuela naval, donde iba a verse con el almirante Chase, uno de los miembros del Anillo E de El Pentágono. Al parecer, había concertado la cita para compartir con él un descubrimiento de máxima importancia. Investigando las últimas horas de Iverson, el equipo de NCIS se sorprende al comprobar que el padre de DiNozzo (Robert Wagner) había volado con él y un pequeño grupo de gente desde Suiza esa misma noche. Tony le buscará y le hará hablar sobre el caso.

El equipo descubre la presencia de dos agentes del Mossad en la ciudad y los intercepta. Se trata del oficial Malachi y Liat, la sustituta de Ziva. A pesar de los rencores entre ellos, los israelíes confiesan que están en la ciudad para proteger a Eli David, padre de la agente del NCIS y jefe de su agencia. El dirigente está en la ciudad con motivo de la conferencia que preside Leon Vance y que reúne a los líderes de las agencias de seguridad más importantes del mundo. Sin embargo, su viaje hasta Washington se convertirá en el más peligroso que ha realizado en su vida.

En 1991, Vance fue enviado en una misión a Amsterdam para localizar a un agente ruso, lo que no sabía era que estaba siendo enviado allí morir, y fue David Eli Vance quien le advirtió de ello. Entonces, Tony sospecha que alguien dentro de NCIS pudo haber sido el motivo de la pérdida de relación con la casa de seguridad y descubre que el Agente McCallister, un ex agente de NCIS, orquestó la falsa misión en Amsterdam, donde Vance fue a cazar a un ruso. Sin embargo, el plan fracasó cuando Vance, con la ayuda de Elí, eludió a la Federación de Rusia.

Cuando Jerry Neisler, el principal testigo en un juicio por asesinato, desaparece, Gail Walsh pide ayuda a NCIS para encontrarle antes de que el juez declare el juicio nulo. El acusado es Franklin Hayes, un ex investigador privado que lo perdió todo, atacó a dos personas en un callejón y terminó matando a una chica. El equipo interroga a Matthew Gray, el hermano de la víctima, que ruega a los agentes que encuentren a Jerry. NCIS le sigue la pista y descubre que se escondió después de recibir un DVD amenazador. Gibbs sospecha que Walsh está escondiendo algo y decide no contarla que ya ha localizado a su testigo estrella.

El equipo investiga el asesinato del Primer Teniente Patrick Nolan, que fue disparado mientras cenaba con su hermana y su tío en un barco, a su llegada de Afganistán. Patrick era hijo del millonario magnate de los negocios, Richard Nolan. La autopsia revela que el disparo se realizó a 15 pies de distancia, por lo que Abby concluyó que el tirador estaba en el agua o en otro barco. El resto de tripulantes del barco fueron eliminados como sospechosos. Patrick era un marine ejemplar, pero recientemente había sido acusado de asaltar a Gavin Lodge en su regreso a Estados Unidos.

El equipo de Navy tendrá que investigar el asesinato de Jeffrey Craig, un recluta de la Marina, en feria universitaria. Craig murió a consecuencia de un brutal golpe en la cabeza con una bota. Las primeras investigaciones llevan a Gordon Zanetti, un recluta rechazado que dejó mensajes amenazantes a Jeffrey, antes de comenzar a trabajar en una fábrica de muebles donde es común el uso de botas. Sin embargo, la coartada de Zanetti derrumba la tesis del equipo de Navy, por lo que la investigación se irá complicando.

Para continuar con la evaluación psicológica del equipo de NCIS, la Dra. Rachel Cranston seguirá a los miembros del grupo durante la investigación de un asesinato. El caso comienza después de encontrar, en un buque de la Marina, al Comandante Vincent Reynolds muerto con un tiro en el pecho. En el lugar de los hechos no se encuentra el arma homicida, sin embargo, los residuos de la mano de la víctima indican que ha podido ser él mismo quién disparara el arma. Reynolds no tenía familia, pero se descubre que había iniciado hacía varios meses una relación con la mujer de su mejor amigo, una información que puede facilitar la resolución del caso.

Después del intento de asesinato sufrido, Adriana, la hija del Ministro de Defensa deberá aprender a convivir con la escolta del equipo de NCIS, pero ella no está por la labor. Todo se recrudece cuando Adriana es secuestrada con la intención de obligar a su padre a que no acabe firmando un tratado.

El equipo investiga la muerte del cabo de la marina Troy Armstrong, cuyo cuerpo es encontrado sin dientes ni dedos. Troy había engañado a su amante, Maxine Edwards, y ella estaba utilizando su tarjeta de crédito como venganza. Cuando el equipo comienza a investigar a la mujer, se dan cuenta de que el asesinato podría tener cierta relación con un videojuego. Maxine había llegado a la pantalla en la que se mostraban unos códigos relacionados con asesinatos, hecho que marca lo que ocurre después. Al final, Henry Martin descubre que en ese mismo juego, hay unos códigos que muestran cómo 'hackear' el Pentágono.

Los NCIS investigan el brutal asesinato de un empleado temporal del cuerpo que fue despedido recientemente. Las evidencias revelan que estaba vendiendo información sobre la ubicación de unas pruebas muy valiosas que escondían en un almacén. Tan valiosos objetos pertenecen a Leona Phelps, la Bernie Madoff de la Marina, que permanece en prisión a la espera de un juicio. Phelps podría hacer un trato con los NCIS para que, a cambio de obtener un arresto domiciliario les dará el nombre del asesino al que buscan.

El equipo de Vance se encarga del asesinato del Coronel Yale Parks, cuyo cuerpo fue encontrado con múltiples heridas de hacha. Todo apunta a que el hijo drogadicto de Parks era el culpable, pero el chico mantiene su inocencia firmemente. Gibbs y su equipo usan múltiples métodos para interrogarlo hasta que finalmente Nick confiesa ser el autor del asesinato. Sin embargo, Gibbs pronto sospecha que quizá el chico no es el asesino.

El NCIS investiga el asesinato del comandante Patrick Casey, que ha sido acribillado a balazos. Cerca del cuerpo descubren una piedra con un mensaje escrito con la propia sangre del comandante, que resulta ser el extracto de un manuscrito militar que tiene que ver con el paradero de unas armas que desaparecieron en Afganistán. Las primeras investigaciones apuntan a que el coronel había recibido una copia del mismo manuscrito. Aunque más adelante, descubren que otra de las copias había llegado a manos de la agente del FBI Elise Archer. El caso se complica cuando Gibbs y su equipo van a casa de Archer y la encuentran muerta.

Mientras está en marcha la investigación de la muerte del marinero Adan Balfour, la agente EJ Barrett, y Gibbs descubren que está conectado con el caso del asesinato del puerto, ya que la forma en la que se cometieron los dos asesinatos es la misma. Pero la tensión crece entre los dos agentes porque la investigación de EJ y Gibbs son completamente diferentes. Además, Ziva descubre que a su novio de la CIA le trasladan a Alejandría. Gibbs investigará el asesinato de dos mujeres esposas de infantes de la marina.

El NCIS debe investigar la muerte de Lauren Ross, un teniente hallado muerto con una fractura en el cuello. Tras ver el vídeo de vigilancia, todo indica que fue estrangulado por su compañero de trabajo, el teniente Eric Donner. Sin embargo, todo da un giro inesperado cuando este último también aparece muerto. El forense de NCIS determina que el fallecimiento se debe a un ataque al corazón y que se produjo antes del asesinato de Ross. Ducky finalmente descubre una sustancia en el oído de Donner que está vinculada a las máscaras de silicona que se utilizan en la CIA para las operaciones encubiertas.

Alguien cercano a Tony es asesinado en condiciones similares a otros casos. Entonces, nuestro equipo comienza a pensar que hay un asesino que va de puerto en puerto cometiendo crímenes. La víctima es Danny Price, ex compañero de Tony cuando ambos trabajaban en la policía de Baltimore. El problema surge cuando aparecen diferencias con respecto a las otras investigaciones, además, descubren que Tony se marchó de la policía después de enterarse de que Danny estaba metido en temas de blanqueo de dinero.

Gibbs cuenta con la ayuda de su buen amigo Mike Franks para ayudarles a él y a su equipo a localizar de puerto en puerto al asesino, cuando es evidente que un miembro del equipo del NCIS es su próximo objetivo.

El equipo del NCIS está siguiendo la pista de un asesino de puerto en puerto. Durante la investigación, descubrirán importantes secretos que pondrán en riesgo hasta el propio equipo.