Tony es encontrado con sangre en la escena de un crimen. Él no recuerda nada y se convierte en sospechoso del asesinato de un miembro del NCIS.

El equipo del NCIS descubre una sorpresa asombrosa después de que un joven marino se presente para su fiesta de bienvenida con una herida fatal.

Rance Booth, un teniente de la Marina, aparece muerto en un banco del parque. Al parecer, el teniente fue asesinado con una bala con la punta de plata que Abby no es capaz de relacionar con ningún arma existente. Las investigaciones llevan al equipo de Gibbs a averiguar que el teniente asesinado tenía muchas cosas que ocultar y todo lo que rodea a su muerte parece ser un asunto de alto secreto. Tras ver las llamadas telefónicas que había realizado, McGee realiza un sorprendente e inquietante descubrimiento: Rance llamó a Penélope Langdom, su propia abuela.

Después de que un oficial de la guardia costera sea abatido a tiros en un buque de carga, el equipo del NCIS iniciará la búsqueda del asesino. Sin embargo, sorprendentemente lo que encuentra es una familia libanesa que busca refugio en suelo americano. Mientras que se lleva a cabo esta complicada investigación, Tony McGee tratará de encontrar a la mujer perfecta para Gibbs.

Un caso investigado por Gibbs y todo su equipo del NCIS sobre la muerte accidental de un asesino cambia drásticamente cuando una evidencia revela que un teniente de la Marina falleció en extrañas circunstancias: fue forzado a sobre hidratarse. Mientras tanto, Gibbs conoce al nuevo amor de Ducky.

Gibbs y su equipo del NCIS contarán con la ayuda del FBI en una delicada y complicada investigación. Durante ese arduo y complejo proceso en busca de respuestas y de las claves de la investigación, Fornell y Gibbs reciben una llamada pidiendo ayuda de la exmujer de ambos, Diane Sterling.

El equipo del NCIS será el encargado de descubrir un error en la muestra de ADN en un complicado caso. En él, Gibbs y los suyos tendrán que hacer frente a una investigación de un accidente de un avión militar que había sido el encargado de transportar féretros de un grupo de soldados fallecidos en el extranjero.

A medida que el equipo del NCIS prosigue con la búsqueda de un infante de marina desaparecido, Gibbs y Ziva viajarán al último sitio de Afganistán en el que estuvieron. Mientras tanto, Tony se abre ante los suyos y revela sus miedos más profundos. Igualmente, Gibbs se verá obligado a revivir algunos acontecimientos especiales de su pasado.

Los miembros de seguridad encuentran al padre de Tony, Anthony DiNozzo, en un coche con el cuerpo de un muerto en el maletero. A pesar de que él confiesa que no recuerda nada de la noche anterior y que él es incapaz de asesinar a una persona, el equipo del NCIS deberá determinar si son ciertas o no las declaraciones del principal sospechoso. Por su parte, Tony está al margen de este caso, por lo que deberá incumplir varias órdenes para probar la inocencia de su padre.

La víspera de Navidad, un capitán de la Marina es asesinado en una habitación de hotel. El equipo del NCIS deberá localizar y proteger al compañero del marine de unos peligrosos desconocidos que lo tienen en el punto de mira. Al mismo tiempo, Jimmy se crea sus propios problemas cuando lleva a su futuro suegro a trabajar.

El equipo del NCIS se encargará de investigar el caso del comandante de la Marina James Barnway, al que le encuentran con un disparo en el abdomen. El equipo del NCIS comprobará que el comandante se encontraba con una mujer rubia misteriosa. Para su sorpresa, la sospechosa es una exagente del NCIS: EJ Barret, que terminará por reincorporarse al equipo.

Cuando una teniente comandante de la Marina es encontrada muerta en un edifico en construcción, el NCIS deberá buscar al asesino mientras lidia con las interrupciones del marido, un detective de la policía. Mientras tanto, la vuelta de Ray hace que Ziva reflexione sobre su futuro en el NCIS.

Durante una parada rutinaria para tomar el café de la mañana en el restaurante local, Gibbs se encuentra a sí mismo mirando a través del cañón de una pistola. Un cliente le estropea su desayuno cotidiano al apuntarle con su arma, lo que lleva a nuestro protagonista a un viaje al pasado, en el que se ve obligado a cuestionarse sus decisiones presentes y pasadas.

Un capitán de la marina aparece muerto con un traje poco común debajo de su uniforme. Tony debe trabajar junto a su exnovia para esclarecer el crimen y encontrar al asesino.

Cuando un reservista de seguridad de alto nivel de la Marina es encontrado muerto, Gibbs tiene que trabajar con Samantha Ryan, de la División de operaciones psicológicas para descubrir la verdad tras su aparente suicidio. Mientras tanto, DiNozzo discute con contabilidad después de ver el sueldo de McGee.

El asesinato de un suboficial jefe con acceso a información ultra secreta dirige al equipo de Gibbs hacia un traficante de armas que opera en Washington. Mientras, el equipo se pregunta si Gibbs está interesado en un nuevo novato. El candidato Ned Dorneget tratará de no cometer ningún fallo que le impida entrar en el equipo.

Tras una fuga de información secreta, el Secretario de la Marina obliga al NCIS a trabajar en conjunto con PsyOpss, dirigido por la psicóloga Samantha Ryan. El objetivo es unir fuerzas, pero el entendimiento entre la doctora y Gibbs no será fácil.

Un caso golpea de cerca al equipo. El principal sospechosos del asesinato de un suboficial de la Marina estadounidense es el cuñado del director Vance, el hermano menor de su mujer Jackie.

Tras la muerte de un marine, Tony y Ziva viajan a Colombia para localizar a una teniente y un capellán militar desaparecidos. Para ello se unirán a la que fuera mentora de Ziva en el Mosad durante largos años. Mientras, en la sede del NCIS, Jimmy Palmer trata de elegir a su padrino de boda y la doctora Samantha Ryan vuelve a la vida de Gibbs.

Un incendio en un almacén revela que faltan documentos secretos de la Marina, que se traducen en una amenaza potencial para la seguridad nacional. El equipo de Gibbs se une a la policía de Baltimore, una circunstancia que enfrenta a Tony con un joven de su pasado.

La investigación de un incendio en un buque de la Armada revela indicios que hacen elevar la seguridad en todas las instalaciones de la marina de guerra de Estados Unidos en todo el mundo. Mientras tanto, DiNozzo y Ziva viajan a Italia siguiendo la pista de un dispositivo explosivo que se encuentra escondido en un buque.

El equipo de NCIS analiza qué secretos podían estar en manos de un terrorista cuando un dispositivo de alta tecnología aparece en el interior del diente de un agente novato. Mientras tanto, los festejos de la primera boda de la serie continúan con la despedida de soltero de Jimmy Palmer.

El equipo de NCIS se enfrenta a sorpresas que lo devastarán en el final de la novena temporada. El terrorismo amenaza con sacudir los cimientos de la Marina de EEUU, cuando el equipo no consigue dar con el paradero del nuevo terrorista más buscado. Esta circunstancia afectará a la boda de Jimmy Palmer. En el capítulo final Jamie Lee Curtis vuelve a ponerse en la piel de la doctora Samantha Ryan, Scott Wolf repite como Jonathan Cole y Richard Schiff encarna a Harper Dearing.