Als sich in einer Drohnenfabrik eine Explosion ereignet, übernimmt das NCIS-Team die Ermittlungen. Dabei wird den Agenten schnell klar, dass es sich nicht um einen Unfall, sondern um einen gezielten Anschlag gehandelt haben muss. Bei weiteren Nachforschungen stoßen sie nicht nur auf eine Terrorzelle, sondern decken auch die Hintermänner der Operation auf. Callen macht sich währenddessen Sorgen um Hetty, die weiterhin in Syrien untergetaucht ist. (Text: Sat.1)

Das NCIS-Team muss ein entführtes Ehepaar wiederfinden, das brutal aus seinem Haus verschleppt wurde. Weil die Opfer als Architekten an einem geheimen Militärprojekt gearbeitet haben, vermuten die Agenten zunächst ein terroristisches Motiv hinter der Tat. Ein Blick in das nähere Umfeld der beiden Entführten lenkt den Blick der Ermittler jedoch in eine völlig andere Richtung. Kensi und Deeks kämpfen derweil mit den Herausforderungen der Elternschaft. (Text: Sat.1)

Das FBI bittet den NCIS um Hilfe, denn die Body-Stitcher sind nach Los Angeles zurückgekehrt. Diese Gruppe von Mördern erschafft makabre Kunstwerke aus den Körpern ihrer Opfer und ist den Special Agents in der Vergangenheit bereits einmal entkommen. Die Ermittler setzen deshalb nun alles daran, die Verbrecher endlich dingfest zu machen, doch die Body-Stitcher sind ihnen stets einen Schritt voraus. (Text: Sat.1)

Als ein Kampfjet der Navy in ein Wohngebiet stürzt, wird der NCIS zu den Ermittlungen hinzugezogen. Das Team macht sich auf die Suche nach der Ursache für den Crash, muss dabei allerdings auf Sam verzichten, denn beim Piloten des Flugzeugs handelt es sich um seinen Sohn Aiden. Dieser hat das Unglück zwar überlebt, steht allerdings nun unter Verdacht, den Absturz selbst verursacht zu haben. Die Agenten müssen versuchen, seine Unschuld zu beweisen. (Text: Sat.1)

Ein ermordeter Navy-Soldat ruft das NCIS-Team auf den Plan. Die Agenten vermuten den Täter zunächst im näheren Umfeld des Toten und richten ihren Blick auf dessen Ehefrau. Weil diese von ihrem Mann missbraucht wurde, wird sie schnell zur Hauptverdächtigen, doch auch die Arbeit des Soldaten könnte etwas mit dem Fall zu tun haben. Deeks muss währenddessen einen Überraschungsbesuch seiner Mutter verkraften.

Als ein Navy-Admiral gekidnappt wird, macht sich der NCIS auf die Suche nach dem Verschleppten. Die Agenten vermuten den Grund für die Entführung zunächst in der Arbeit des Mannes, der für die Entwicklung eines hochmodernen Unterwasserfahrzeugs zuständig war. Ein Fund im Haus des Admirals bringt Sam und Callen jedoch auf eine völlig andere Spur - und die Ermittler finden sich mitten in einer Schatzsuche wieder.

Ein Soldat bricht während einer Trainingsübung plötzlich zusammen und wird ins Krankenhaus eingeliefert. Bei den weiteren Untersuchungen stellt sich heraus, dass der Marine mit einem genetisch modifizierten Virus infiziert wurde und der NCIS wird eingeschaltet. Um weitere Anschläge zu verhindern, fahnden die Agenten unter Hochdruck nach dem Erschaffer der Biowaffe. Dieser ist allerdings nicht leicht aufzuspüren...

Bei einem Brandanschlag auf eine Baustelle kommt ein Mann ums Leben, und der NCIS nimmt die Ermittlungen auf. Die Tat selbst führt die Agenten schnell auf die Spur eines Serienbrandstifters, der bereits vor mehreren Jahren aktiv war, nun allerdings untergetaucht ist. Während die Ermittler die Spur des Verdächtigen aufnehmen, kommen ihnen jedoch Zweifel, ob es sich bei dem Mann tatsächlich um den Täter handelt.

Als auf einer Yacht zwei tote Männer gefunden werden, stösst der NCIS auf etwas Überraschendes: Der Besitzer des Schiffs ist niemand geringeres als Arkady Kolcheck. Dieser wurde unlängst von unbekannten Angreifern attackiert und befindet sich nun auf der Flucht, weshalb die Ermittler sich auf die Suche nach Callens altem Freund begeben. Die Spur führt sie dabei zu einer mysteriösen Frau, die etwas mit dem Verschwinden eines wertvollen Schmuckstücks zu tun haben könnte.

Ein ehemaliger Navy-Seal wird bei einem Jagdausflug von bewaffneten Männern attackiert. Der erfahrene Soldat schafft es zwar, sich gegen die Angreifer zur Wehr zu setzen, wird daraufhin allerdings selbst zum Gejagten. Das NCIS-Team begibt sich auf eine gefährliche Rettungsmission, bei der die Agenten von ihrem alten Freund Lance Hamilton unterstützt werden.

Der NCIS untersucht das plötzliche Verschwinden einer Soldatin. Dabei stehen die Ermittler unter hohem Zeitdruck, da eine wichtige Mission der Navy vom Wiederauftauchen der Frau abhängt. Bei ihren Untersuchungen stoßen die Agenten auf eine große Summe Geld und eine mögliche Terrorzelle - bevor Kensi und Fatima selbst in große Gefahr geraten.

Nach dem seltsamen Diebstahl einiger wichtiger Computerchip-Prototypen wird der NCIS auf den Fall angesetzt. Das Team findet schnell heraus, dass eine mysteriöse Frau für den Raub verantwortlich ist, allerdings bleiben ihre Motive zunächst im Dunkeln. Als dann auch noch der Erfinder der Mikrochips ins Visier der Ermittler gerät, wird der Fall immer komplizierter. Admiral Kilbride hat währenddessen mit persönlichen Problemen zu kämpfen.

Der NCIS übernimmt den Fall eines toten Navy-Soldaten, der sich auf einem Zerstörer erhängt hat. Weil auf dem Kriegsschiff mehrere Suizide in kürzester Zeit begangen wurden, ermitteln die Agenten in alle Richtungen. Sie finden schon bald heraus, dass der Tod des jungen Mannes kein Selbstmord ...

Eines Abends steht Detective Ellen Whiting vor der Tür von Kensi und Deeks, um ihre alten Bekannten um Hilfe zu bitten. Der Polizistin wird der Mord an einem Kollegen angehängt und sie muss untertauchen, um nicht für die Tat verantwortlich gemacht zu werden. Auf der Suche nach den wahren Tätern legt sich das NCIS-Team nicht nur mit einer schmuggelnden Gang, sondern auch mit einer Gruppe korrupter Polizisten an.

Das NCIS-Team bekommt es mit einem neuen Fall zu tun. Während Fatima und Devin damit beschäftigt sind, eine mysteriöse Nachricht zu entziffern, wird Callen erneut von seiner Vergangenheit eingeholt. Außerdem muss der Agent seinem Partner Sam noch eine wichtige Frage stellen …

Der NCIS wird um Unterstützung gebeten und soll einen längst vergangenen Fall aus dem Jahr 2003 erneut aufrollen. Dabei bekommt es das Team mit einem verschwundenen Navy Officer zu tun. Derweil setzt Admiral Kilbride alles daran, die Beziehung zu seinem Sohn Alex zu verbessern.

Während Callen in den Vorbereitungen für seine Hochzeit mit Anna steckt, widmet sich das NCIS-Team einem neuen, heiklen Fall: In einem Labor wurden Pestizide und Insekten freigesetzt. Der Betreiber, ein Navy-Reservist, wurde dabei brutal ermordet. Derweil hadert Rountree mit seiner Zukunft und auch Sam muss sich Gedanken machen, als er ein lukratives Angebot erhält.

Sam hadert mit sich, Kilbrides Angebot und damit einen neuen Posten anzunehmen. Derweil lässt sich Callen auf ein Treffen mit Pembrook ein, wobei er erneut mit seiner Vergangenheit konfrontiert wird. In der Zwischenzeit bekommt es das NCIS-Team mit einem toten CIA-Offizier und drei weiteren Leichen zu tun.

Das NCIS-Team wird vom FBI um Unterstützung gebeten. Die Ermittler sollen einen verschwundenen Agenten ausfindig machen und gestohlene Militärwaffen sicherstellen. Derweil stecken Callen und Anna noch immer in den Vorbereitungen für ihre Hochzeit. Währenddessen kümmert sich Sam darum, seinen Vater ...

Der NCIS ermittelt weiterhin im Fall der gestohlenen Militärwaffen. Können Sam und Callen die Akte ein für alle Mal schließen? Derweil sind Kensi und Deeks auf einer riskanten Mission im Einsatz. Kurz vor der Hochzeit von Callen und Anna erhalten die beiden eine überraschende Nachricht ...