Un ex-marine, Walton Flynn, employé d'une grosse compagnie privée de sécurité en Iraq, est accusé d'avoir assassiné un homme d'affaires. A son arrivée à Los Angeles, il échappe de justesse aux agents venus pour l'appréhender. L'équipe du NCIS est sur le coup. Après avoir découvert le cadavre de son frère, ils suivent la piste de l'une de ses anciennes camarades, Cherise Dawson.

Les agents Callen, Sam et Kensi se rendent sur une scène de crime à la suite d'un appel provenant du téléphone de Dominic Vail. Là, ils découvrent que leur collègue a été enlevé après qu'on lui a tiré dessus. Toute l'équipe se mobilise pour le retrouver. Très vite, deux membres d'un gang sud-américain sont suspectés. Callen imagine alors un échange audacieux pour tenter de récupérer Dominic sain et sauf.

Le NCIS de Los Angeles recherche le meurtrier d'un Marine, dont le corps, amputé d'une main, a été retrouvé dans un parking de Beverly Hills. L'équipe relie sa mort à sa récente mission en Irak, avant de s'interroger sur le mystérieux contenu de la mallette qui lui a été sauvagement dérobée...

Alors que tout le monde s'apprête à fêter Noël, des coups de feu éclatent dans un quartier résidentiel de Los Angeles. La police découvre deux cadavres dans une maison et fait appel au NCIS quand il s'avère que le seul survivant est un ancien officier du renseignement naval, Brent Talbot. Il semble souffrir d'un syndrome post-traumatique et s'avère incapable de raconter ce qui s'est passé dans la maison. Kensi, dont l'ancien petit ami était aussi atteint du même mal, sympathise avec Brent. Elle le ramène chez lui, pensant que retourner sur les lieux du crime l'aidera à retrouver la mémoire...

L'équipe enquête sur l'assassinat d'une jeune journaliste survenu en pleine rue à Venice Beach. La jeune femme menait depuis plusieurs mois des recherches sur une chaîne de télévision clandestine créée par des rebelles anti-kadhafistes. La piste se confirme quand l'expert de la Libye membre du NCIS échappe de peu à un attentat. Parallèlement, Hetty poursuit ses révélations sur l'enfance et la famille de Callen.

Un véhicule transportant des valises diplomatiques pouvant compromettre la sécurité nationale est attaqué. Les deux agents qui menaient cette mission périlleuse ont disparu, contrairement aux règles en vigueur. Eric et Nell ne tardent pas à les identifier : il s'agit de Roger Clarke et Diane Dunross, tous deux partenaires depuis dix ans. Dans le même temps, Callen et Sam célèbrent, à leur façon, leurs cinq ans de collaboration.

Adrian Davis, ancien marine et propriétaire d’une société de sécurité, est porté disparu. Peu après, un cadavre est découvert dans sa voiture. Les enquêteurs pensent que cette affaire pourrait être liée à un détournement de plusieurs millions de dollars opéré par Davis, sept ans plus tôt en Irak. Il est possible que l’homme découvert dans la voiture, un Irakien, ait voulu récupérer l’argent volé.