Un ufficiale della marina addetto alla custodia della nuclear football muore a bordo dell'Air Force One dopo aver pranzato con il presidente, apparentemente per un ictus cerebrale. Il coroner impedisce la rimozione del cadavere fino all'analisi del medico legale, mentre l'agente dei servizi segreti Kate Todd (in servizio di sicurezza sull'aereo) e l'agente FBI Tobias Fornell litigano sulla competenza del caso. Arriva quindi il dottor Mallard, con Gibbs e DiNozzo che si fingono suoi assistenti. Fatti scendere gli agenti FBI dall'aereo, Kate scopre che i tre non sono della polizia locale ma Gibbs la convince a collaborare con l'NCIS e lei fa partire il velivolo verso Washington. In volo iniziano le indagini, senza successo. L'autopsia e le analisi che seguono non rilevano tossine e la morte sembra un ictus naturale. Gibbs non è convinto e chiede a Kate di farlo imbarcare per il proseguimento del volo presidenziale, che durante le indagini continua sul velivolo di riserva. La scoperta della morte con gli stessi sintomi di un altro ufficiale al momento in malattia, anch'egli addetto alla valigetta e che aveva una storia con Kate, spinge ad analisi speciali che rilevano una tossina che provoca l'ictus. Gibbs intuisce che l'omicidio potesse essere parte di un attentato, costringendo a spostare il presidente sul velivolo di riserva, nel quale è più facile accedere all'armeria. Mentre un'altra emergenza medica crea confusione a bordo, Gibbs ferma un giornalista che ha preso un'arma e cerca di avvicinarsi allo studio del presidente. Al termine della missione, Kate si dimette dai servizi segreti per avere violato la regola che impedisce relazioni sul lavoro, e viene invitata da Gibbs a entrare nell'NCIS.

Durante un'esercitazione di lancio, il paracadute di un marine non si apre e l'uomo si schianta sul tettuccio della macchina parcheggiata di due adolescenti che si erano appartati in un luogo tranquillo in cerca di intimità. Il team NCIS raggiunge la scena del crimine per determinare se la morte del marine sia stata accidentale o se si sia trattato di un omicidio. Alla squadra si aggiunge l'agente Todd.

Il corpo di un comandante della marina viene portato a riva dalle onde, insieme a quelli di due trafficanti di droga. Ma l'agente speciale Gibbs si rifiuta di credere che l'ufficiale ucciso sia implicato in qualcosa di sporco.

Il team NCIS viene chiamato a investigare sul ritrovamento sul fondo dell'oceano di un giovane marinaio in alta uniforme, con tanto di spada cerimoniale. Presto scoprono che il giovane era fissato con un gioco di ruolo in stile “Wizards and Warriors” e così devono capire quanto avanti si spingeva la sua ossessione con li gioco e fino a dove sarebbe stato disposto ad arrivare per vendicarsi del suo arcinemico, un altro marinaio suo collega.

L'NCIS viene chiamata a investigare su un corpo mummificato trovato all'interno di un aereo. Ben presto scoprono che il marinaio era addetto ai pagamenti di una nave e che questi aveva rubato.

Due militari della marina della stessa nave vanno in overdose da metanfetamine, a dispetto del fatto che affermino di non aver mai fatto uso di droghe.

Gibbs e Todd indagano sulla possibilità che ci sia un impostore a bordo di un sottomarino nucleare. In questo episodio compare per la prima volta l'agente Timothy McGee, appena assunto dall'NCIS.

Una morte misteriosa conduce Gibbs a Guantanamo Bay, Cuba, dove la squadra fa conoscenza con l'Agente speciale Paula Cassidy.

Un marine, dato per morto in combattimento, si mette in contatto con la sua presunta vedova.

Una donna riemersa dalla tomba dopo essere stata sepolta viva, attira l'attenzione di Gibbs e della sua squadra quando, pur soffrendo di amnesia, dice di ricordare qualcosa in merito a una bomba nascosta su una nave militare.

Un operatore della CIA assiste involontariamente all'omicidio di un ufficiale, mentre utilizza un satellite per spiare una donna nuda che prende il sole in una base della marina. Il giovane segnala anonimamente il fatto, ma con l'aiuto di McGee la squadra di Gibbs lo individua e convince la CIA a fornire i dettagli per evitare lo scandalo, in quanto l'agenzia non è autorizzata ad operare in suolo statunitense. La vittima stava collaudando l'unico prototipo esistente di un nuovo sonar manuale e si ritiene che il fabbricante possa essere coinvolto, in quanto il prototipo non era perfetto e la sua scomparsa avrebbe fornito un pretesto per guadagnare tempo senza far saltare il contratto con la marina. Gli indizi portano però Gibbs a sospettare della moglie della vittima e con l'aiuto di un satellite spia, manovrato da un amico di Abby che lavora alla NASA, la squadra la segue fino al nascondiglio dove essa aveva occultato le prove dell'omicidio.

In un paesino della West Virginia viene ritrovata la gamba di un marine, che agli atti risulterebbe però essere morto due anni prima. La dottoressa del paese l'aveva visto morire d'infarto ed essendo medico legale, non aveva ritenuto necessaria l'autopsia e aveva consentito la cremazione del cadavere, che era stato inoltre identificato dalla sorellastra della vittima. La scoperta della scomparsa di un commilitone della vittima, due anni prima, e dell'esistenza di un'assicurazione sulla vita a carico del marine fanno però sospettare una truffa. Durante la perquisizione dell'abitazione la dottoressa viene trovata in casa della sorellastra della vittima, e quest'ultima confessa: il medico era in realtà sua madre e aveva organizzato la truffa assicurativa, uccidendo e facendo cremare il commilitone due anni prima, e uccidendo di recente il figliastro. Quasi tutte le parti restanti del cadavere vengono rinvenute tra i rifiuti nei paesi vicini.

Un cecchino sta uccidendo i reclutatori dei marines. Gibbs come reclutatore e Kate come capitano, si travestono da marines per fare da esca, sperando che avrebbe tentato di uccidere Gibbs e catturarlo. La trappola funziona. il cecchino si scopre essere un uomo che tempo prima era stato rifiutato dai marines e ora uccideva i reclutatori per vendetta personale.

I corpi nudi e legati di giovani ufficiali della marina vengono scoperti nei pressi della strada che porta a Norfolk. La Squadra deve indagare assieme allo sceriffo locale, i primi sospetti portano alla moglie della seconda vittima che però ha un alibi, le indagini proseguono e scoprono che la prima vittima ha sporto un reclamo contro una collega per molestie sessuali. La dottoressa in questione è anche il medico della prima sospettata e quando si scoprono ulteriori indizi e prove si arriva ad una sorprendente verità.

L'ex ufficiale comandante di Gibbs, assente senza permesso dall'Iraq, ottiene il suo aiuto per svelare un pericoloso complotto.

Un terrorista sconosciuto entra nella sala autopsia dell'NCIS in un sacco per cadaveri e, senza farsi notare, prende in ostaggio Ducky e l'assistente Gerald. Il terrorista obbliga Ducky a far credere che la sala autopsie sia isolata per rischio infezione e chiede di farsi consegnare le prove sequestrate dalla squadra dopo la morte di un altro terrorista, ucciso da Gibbs. Kate su richiesta del dottore porta i reperti in sala autopsia e viene anch'essa rapita, inoltre l'infiltrato spara a Gerald nella spalla per obbligare i suoi ostaggi a collaborare. Gibbs intuisce la presenza di problemi e, individuato l'intruso, richiede l'intervento della squadra HRT. Il misterioso terrorista invita Gibbs in sala autopsie e provoca uno scontro a fuoco nel quale ferisce l'agente e viene colpito due volte al petto. Riesce però a salvarsi grazie ad un giubbotto antiproiettile e fugge nella confusione seguente l'irruzione della squadra speciale, grazie anche alla complicità di alcuni membri dell'HRT.

Il corpo senza vita di un giovane ufficiale viene ritrovato nei bagni di una festa rave clandestina, e si scopre che il giovane è stato investito nel parcheggio antistante. Gibbs trova una somma di contanti sproporzionata nell'appartamento della vittima, che era stato perquisito infruttuosamente da ignoti prima dell'arrivo degli agenti. I commilitoni che erano con lui alla festa raccontano di averlo visto andare via con una donna, ma l'indagine stagna e Gibbs porta la squadra a riesaminare con più accuratezza lo spazio circostante il parcheggio del locale dove si è tenuto il rave. Si scopre che la vittima era mascherata mentre è stata investita, e stava facendo uno scherzo ad uno dei commilitoni, con la complicità degli altri. Mentre l'obiettivo dello scherzo era appartato in auto con una squillo loro complice, la vittima si è avvicinata all'auto mascherata da alieno e il giovane in macchina, in preda al panico, ha tentato di fuggire investendolo. Sembrerebbe un incidente, ma Gibbs scopre che l'omicida sapeva della cifra in possesso del morto e che aveva in realtà architettato lo scherzo verso sé stesso, per avere un'occasione di uccidere il commilitone e impadronirsi dei soldi, una eredità che la vittima aveva da poco ricevuto.

Un ex Navy SEAL, condannato per aver ucciso sua moglie e un antennista che era in casa con lei, evade da Leavenworth. La squadra di Gibbs, con l'aggiunta di McGee, mette sotto sorveglianza la casa dei genitori, con i quali si trova il figlio dell'evaso, ma questi di notte riesce a sorprendere e immobilizzare Kate, senza farsi notare da McGee all'esterno, per passare del tempo con il figlio. Quando McGee lancia l'allarme e libera Kate, i due riescono a ferire il fuggitivo, ma non a catturarlo. Kate è convinta che il ricercato sia innocente, e indagando sul passato di sua moglie capiscono che il motivo dell'omicidio sia il tradimento di quest'ultima non con l'antennista, ma con la moglie del comandante di suo marito, e che l'omicidio sia stato commesso proprio dal comandante. La squadra tende una trappola al fuggitivo, con Kate che impersona la moglie del comandante e fa da esca, fermando l'evaso prima che possa ucciderla per vendicarsi.

Il cadavere dell'agente speciale dell'NCIS Christopher Pacci viene ritrovato nell'ascensore di un palazzo, ucciso da un colpo di pistola al collo e poi sventrato. Pacci aveva chiesto in precedenza l'aiuto di Gibbs su un vecchio caso, ma questi era troppo impegnato per aiutarlo: si scopre che l'agente aveva chiesto a McGee il fascicolo sul tenente Hamilton Voss, il quale aveva sottratto alcuni milioni alla marina ma risultava essere morto prima del processo. L'indagine rivela che Pacci, quando è stato ucciso, stava pedinando una donna di nome Amanda Reed, le cui foto erano in una scheda SD rinvenuta nel suo esofago. La squadra mette sotto osservazione la casa della donna e Dinozzo la avvicina, flirtando con lei per avere informazioni. Le analisi di Abby rivelano che lei e il tenente Voss (il quale evidentemente non era morto) sono la stessa persona: DiNozzo viene avvisato mentre si trova con l'uomo travestito da donna in un pub e tenta di fermarla dopo averlo baciato, ma di fronte alla pistola gli avventori del locale immobilizzano sia lui che McGee, mentre cerca di soccorrere Tony. Amanda/Voss estrae la pistola dalla borsa e cerca di dileguarsi, all'ingresso viene bloccata da Gibbs che le sbuca innanzi puntandole la pistola alla testa, dicendole il nome dell'agente che aveva brutalmente ucciso e il fatto che fosse un suo amico. Al suo tentativo di reazione, Gibbs per legittima difesa le spara in testa a bruciapelo uccidendola. Alla fine dell'episodio Kate prende in giro Dinozzo per aver baciato un uomo.

Indagando sulla scomparsa di un marine artificiere esperto anche di bombe nucleari, si scopre che negli anni precedenti sono scomparsi quasi tutti i membri della squadra nella quale operava quando era alle Filippine, molti anni prima, ma i casi sono stati tutti archiviati come diserzione e mai collegati fra loro. Un membro della squadra congedato dai marine è stato trovato dalla polizia alcuni anni prima nelle fognature, morto e incatenato. L'unico ancora vivo è l'attuale superiore dello scomparso, che si sospetta sia l'assassino. Mentre Tony lo pedina, viene anch'egli rapito e portato insieme allo scomparso, che è incatenato nelle fognature in compagnia di un cadavere in avanzato stato di decomposizione. Il superiore scende nella fognatura e viene raggiunto dall'NCIS, ma si scopre che non è il colpevole ed è lì solo per cercarli e salvare il marine. Viene colpito davanti a Tony dalla vera assassina, una donna in cerca di vendetta: era infatti l'unica superstite di un gruppo di donne fidanzate dei soldati scomparsi, imbarcate clandestinamente in un container da questi ultimi al tempo dell'abbandono dell'arcipelago e morte di inedia durante il viaggio a causa della negligenza dei militari.

Un marine viene ritrovato ucciso da un'arma anticarro e le indagini conducono l'NCIS ad un gruppo di milizia territoriale.

Un Navy SEAL cade da una scarpata a causa della rottura di un moschettone sostituito con uno debole. Un omicidio, alla vigilia di una missione top secret di primaria importanza. L'NCIS ha meno di due giorni per trovare il colpevole e capire se la missione è stata sabotata nel cui caso deve essere annullata.

La determinazione di Gibbs nel rintracciare il terrorista che aveva sequestrato Ducky, Kate e Gerald (ferendo quest'ultimo) diventa l'ossessione dell'intera squadra. Grazie ai dettagli notati dal dottor Mallard mentre era tenuto in ostaggio (parlata inglese, conoscenze mediche), McGee affina le ricerche e riesce ad individuarlo in un database di laureati in medicina in Inghilterra: è un israelo-palestinese di nome Ari Haswari. Questi intanto si trova a Washington con un gruppo terroristico, che progetta di costringere ad un atterraggio di emergenza il Marine One per sequestrare il presidente degli Stati Uniti. Allo scopo Ari fa rapire Kate, le cui conoscenze sulla sicurezza presidenziale serviranno a distinguere l'elicottero presidenziale dagli altri due identici velivoli del HMX-1 che lo accompagnano. Mentre i due si trovano insieme nella base del gruppo e i complici sono partiti, Ari uccide l'unica terrorista rimasta con loro e rivela a Kate di essere un agente infiltrato del Mossad. Il gruppo terroristico viene fermato e Ari, prima di tornare in Medio Oriente, accetta l'invito di Gibbs per un incontro faccia a faccia nella sala autopsie dell'NCIS dove, dopo un breve confronto, l'ex marine desideroso di vendetta gli spara ad una spalla, sostenendo che renderà la sua copertura più credibile quando tornerà da Al-Qaida.

La moglie e la figlia non vedente di 9 anni del capitano Mike Watson vengono prese in ostaggio. Il sequestratore stabilisce un contatto con l'uomo tramite il computer che si trova nel suo ufficio. Grazie a uno stratagemma, Watson riesce ad informare l'NCIS che subito si mette sulle tracce del sequestratore. Quest'ultimo pretende 2 milioni di dollari che Watson preleva dai conti delle operazioni speciali della Marina. Gibbs riesce ad ottenere la liberazione della bambina, la quale, grazie al suo udito più sviluppato, prova ad aiutare gli investigatori. Dopo aver individuato il luogo dal quale il rapitore sta trasmettendo, Gibbs e Todd provvedono alla liberazione della moglie di Watson, arrestando il rapitore, un ex militare rancoroso che era stato radiato per merito di Watson. Seguendo il percorso del riscatto, Abby e McGee scoprono però che il mandante del rapimento era lo stesso capitano, che aveva ingaggiato anonimamente il rapitore contro la sua famiglia, con il fine ultimo di intascare i soldi.

I resti mummificati di una donna vengono ritrovati in un sotterraneo, scavato innanzi ad una casa abbandonata in una base della marina. Il team scopre che la donna era sparita mesi prima e che indossava un abito da sposa al momento della morte, incatenata nella stanza, probabilmente vittima di un killer maniaco. Le ricerche portano il team in Florida, dove un'altra donna dal profilo analogo è stata rapita e si sospetta possa essere la prossima vittima. Si scopre che il responsabile è un cappellano militare, che rapiva giovani donne nel tentativo di trovare la "sposa ideale". Questi si suicida prima della cattura, e gli agenti riescono dopo una ulteriore ricerca a ritrovare l'ultima donna rapita prima che muoia.

In un campo di mais nei pressi di una piccola comunità rurale viene ritrovato un elicottero dei marine, abbandonato in perfette condizioni sopra a un cerchio nel grano, e non vi sono tracce dei piloti. Ben presto gli uomini dell'NCIS scoprono che solo uno dei due piloti previsti a bordo si trovava effettivamente sul mezzo. Nella zona è in corso da decenni una faida tra due famiglie, che tra le varie cose ostacola la storia d'amore di una coppia di giovani appartenenti alle fazioni opposte. Il giovane innamorato di questa coppia viene rinvenuto morto, mentre la squadra scopre che il pilota scomparso è suo fratello. Gibbs capisce che il pilota era lì per aiutare il fratello e che dopo la sua morte si è nascosto nei paraggi, attendendo il momento propizio per vendicare l'assassinio. Gli agenti dell'NCIS lo fermano prima che possa consumare la sua vendetta.

Una donna violentata e uccisa, in uniforme della marina, viene rinvenuta da due marinai. Si scopre però che era una civile alla quale era stata messa l'uniforme dopo la morte, e da un segno sul cadavere Ducky collega l'omicidio ad un caso analogo di 10 anni prima, irrisolto, in cui l'assassino aveva lasciato un biglietto promettendo che sarebbe tornato. La squadra riesce ad individuare l'assassino del primo caso, il quale era però morto alcune settimane prima dell'ultimo delitto: si scopre che la donna era stata uccisa da una ufficiale della base, la quale aveva usato i campioni di reperti biologici del vecchio caso per contaminare il cadavere e sviare così i sospetti.

La squadra indaga sulla morte di un agente dell'FBI in incognito, trovato morto all'interno di uno spazio utilizzato dalla marina come bersaglio per le esercitazioni di bombardamento. Mentre perlustrano la zona, gli uomini dell'NCIS trovano i resti di altri cadaveri. Fornell rivela a Gibbs che la vittima era un agente infiltrato nel clan mafioso dei Napolitano e che molto probabilmente è stato tradito da una talpa all'interno dei federali. Questi ultimi sospettano di Fornell (che i Napolitano stanno cercando di incastrare) e lo arrestano. Gibbs si offre di aiutarlo ad individuare la talpa: arresta il figlio del boss Napolitano e simula il suicidio in carcere di Fornell, quindi organizza un incontro con il boss promettendogli il rilascio del figlio in cambio del nome della talpa. Gibbs si presenta insieme all'agente FBI responsabile dell'indagine contro i Napolitano: l'incontro è una trappola, ma Gibbs l'aveva previsto e mette al collo del figlio del boss un giro di miccia detonante, che è pronto a innescare. Messo alle strette, per salvare il figlio il boss rivela il nome della talpa, la quale è proprio l'agente dell'FBI che sta accompagnando Gibbs, e che viene immediatamente ucciso da un cecchino appostato nei dintorni.

Una veterana della guerra in Iraq, il capitano Michaela Shields, sfugge ad un attentato che si presume organizzato da un gruppo di terroristi. L'FBI indaga sui terroristi mentre l'NCIS è incaricato di proteggerla, dunque la squadra di Gibbs organizza un servizio di sorveglianza della loro casa. La donna sfugge a un secondo attentato esplosivo, molto più rudimentale, e la cellula terroristica viene neutralizzata dai federali. La squadra di Gibbs scopre però che il secondo attentato era stato organizzato da una vicina, amante segreta del marito che era stata lasciata da quest'ultimo, la quale viene uccisa dal capitano quando entra armata nella loro casa dopo la dipartita degli agenti, cercando di completare il suo piano delittuoso.

Ernie Yost, un ottantenne veterano dei marine, si presenta all'NCIS e confessa di aver ucciso il suo migliore amico 60 anni prima, durante la guerra. Yost è reduce della battaglia di Iwo Jima, dove ha ottenuto la medaglia d'onore per aver affrontato e sconfitto da solo un intero plotone giapponese, proteggendo le posizioni americane da una sortita. I ricordi del reduce sono confusi per via del trauma da stress e questi è inoltre provato dalla recente perdita della moglie, per cui Gibbs non dà peso alla sua autoaccusa. Yost aveva però inviato una confessione scritta al segretario della marina, per cui il tenente Coleman, del Jag, insiste perché venga condotta una indagine e il reduce venga messo sotto processo. Il commilitone morto viene riesumato e si scopre che il calcio della pistola d'ordinanza di Yost è compatibile con un trauma presente nel suo cranio. Gibbs allora interroga Yost alla presenza di Coleman, rievocando l'atmosfera di Iwo Jima per favorire i ricordi dell'uomo, anche grazie all'aiuto di un reduce dell'esercito imperiale giapponese. Si scopre che Yost, al momento della morte del commilitone, si stava nascondendo con i suoi uomini dai giapponesi e aveva colpito il suo commilitone, gravemente ferito da una mina e incapace di contenere le urla, per farlo tacere ed evitare che la squadra venisse individuata dagli incursori giapponesi. Commossa alle lacrime, il tenente Coleman ritira le accuse.

Il comandante Dornan, appena operato per la riparazione della valvola aortica, è vittima di un incendio nel suo letto d'ospedale. Sembrerebbe che la causa sia una esplosione e che la vittima avesse dell'ossigeno accumulato nell'addome. La squadra di Gibbs indaga sui suoi nemici, mentre il dottor Mallard invita a cena la dottoressa che ha compiuto l'operazione. Il dottore e Abby scoprono però che i dati clinici della vittima negli ultimi minuti di vita erano stati falsificati, e si rendono conto che il comandante era morto per i postumi dell'operazione. La dottoressa avrebbe dovuto sostituire la valvola ma aveva ceduto all'insistenza del comandante, che voleva la riparazione perché quest'ultima non lo obbligava a ritirarsi dal servizio attivo; per evitare la responsabilità della morte, che le avrebbe stroncato la carriera, lei ha organizzato l'esplosione del cadavere nel tentativo di mascherare le cause della morte e sviare i sospetti.

Nella base dei marine di Quantico la signora Rowans, moglie di un militare, spara a un uomo che si è introdotto in casa sua e ha tentato di violentarla. L'uomo, ferito gravemente ma sopravvissuto, afferma che è stata lei ad invitarlo e dalle tracce informatiche sembrerebbe vero che la donna avesse contattato l'uomo su un sito erotico. Si scopre però che quest'ultimo aveva organizzato tutto e seminato le false tracce sul computer della vittima, e viene arrestato dalla squadra di Gibbs.

Tony finge di essere un pregiudicato e inscena un'evasione per conquistare la fiducia di Jeffrey White, un criminale accusato di furto e ricettazione di reperti archeologici, trafugati in Iraq da lui insieme ad un complice nei giorni successivi alla caduta del regime di Saddam Hussein. Gibbs e Kate seguono il loro uomo mediante un collegamento GPS che però smette di funzionare. DiNozzo si trova così da solo in balia di un uomo che ha già commesso degli omicidi e non ha esitato a far fuori il suo complice per intascare tutto il ricavato della vendita dei manufatti. Nel frattempo, a causa delle complicazioni del caso, la Vicesegretario di Stato vuole parlare con Gibbs, ma quest'ultimo non vuole essere disturbato mentre cerca DiNozzo e affida il compito a McGee. La donna chiama ripetutamente l'NCIS e McGee, molto nervoso, non riesce ad essere molto convincente, subendo le continue provocazioni e minacce del Vicesegretario. Alla fine, dopo averne parlato con Gibbs, dice alla donna di smettere di interrompere il suo lavoro e di impiccarsi, lasciando basita la Vicesegretario, ma conquistando il rispetto dei suoi collaboratori, che non riuscivano a loro volta a sopportarla.

In un lago viene trovata da un investigatore privato la carcassa di un'auto contenente i resti di un ufficiale di Marina che era sparito da 2 anni. Il ritrovamento di un proiettile calibro 45 esclude l'ipotesi dell'incidente.

L'operatore di una compagnia telefonica denuncia l'omicidio di un marinaio, il sottufficiale Lambert, avvenuto mentre quest'ultimo stava ricevendo una proposta commerciale. L'NCIS indaga per scoprire la verità: senza ombra di dubbio l'uomo ha simulato la sua morte. Gibbs scopre che Lambert aveva organizzato un fruttuoso traffico di medicinali a base di oppiacei attraverso il lavoro che svolgeva per conto della Marina. Grazie ad un codice inserito nel programma era riuscito ad entrare in possesso di farmaci per oltre un milione di dollari. Alle indagini collabora la squadra di Polizia diretta dal Detective Cheney, che stranamente sembra avere molti punti di contatto con quella comandata da Gibbs. In questo episodio Gibbs racconta la strage di Capaci dove morirono Giovanni Falcone, sua moglie e gli agenti della scorta.

La squadra NCIS svolge un'indagine su un puzzle fatto di resti di cadaveri. Ducky scopre che i tre resti ritrovati appartenevano a uno sceriffo e ad un p.m. che dieci anni prima avevano lavorato con lui per accusare un violentatore. Gibbs teme che Ducky possa essere la prossima vittima.

Erin Kendall,impiegata del Ministero della Difesa, afferma di aver visto compiersi un omicidio di un militare della Marina nell'appartamento di fronte al suo. Il caso viene affidato a Tim che pensa di potersela cavare da solo. L'indagine si concentra sulla scomparsa di un marinaio e sul proprietario dell'appartamento nel quale è avvenuto l'omicidio, un uomo che sembra non esistere. McGee stabilisce un profondo legame con Erin, suscitando la gelosia di Abby. Quando viene rinvenuto il cadavere del marinaio, Kate e Tony appurano che si tratta della stessa persona che, con un nome falso, ha affittato l'appartamento. Da tempo, oltre al suo lavoro nella Marina, l'uomo arrotondava facendo il sicario. L'assassino agisce di nuovo ed uccide Erin davanti agli occhi di Tim, eliminando così l'unica testimone.

Un Marine precipita da una rupe e la sua fotocamera registra la caduta. I primi sospettati sono la moglie e il suo migliore amico con i quali era in campeggio. Gibbs scopre che erano amanti e cerca di metterli a confronto, uno contro l'altra. Nel frattempo, Abby riesce a recuperare il filmato dalla videocamera che si era danneggiato nella caduta e scopre che un precedente sospettato, ormai rilasciato, era nelle vicinanze al momento della morte.

Un barista di un club frequentato da Marines si sveglia a letto con una donna morta, un sottufficiale. Interrogato, sostiene che, nonostante fosse ubriaco, non fosse la donna che passò la notte con lui. I test di laboratorio confermano le sue dichiarazioni. La squadra si concentra sulla sorella della vittima e su di un uomo d'affari corrotto, proprietario di un analogo locale di intrattenimento notturno. Ospite speciale Mýa.

Un sottufficiale che lavora per l'Intelligence riceve un paio di occhi blu cobalto per posta. Durante l'inchiesta il Marine si suicida, ma Abby, analizzando il suo computer, riesce a scoprire che gli occhi sono di una ragazza sudamericana che compare in una foto con un docente di un corso che frequentava il marinaio morto. Per scoprire la verità Kate e Tony partono in missione per la Tripla Frontiera, "una zona di confine senza Dio e senza padrone", destinazione Paraguay.

In occasione di un concorso di bellezza a Virginia Beach una concorrente, sottufficiale di marina, viene trovata morta annegata in un bagno pubblico. Quando si scopre che la vittima ha posato parzialmente nuda per una rivista e che era incinta al momento della sua morte, la squadra si mette sulle tracce del fotografo privato che aveva scattato il servizio. Si scopre che questi è il fidanzato della sua migliore amica e che l'aveva messa incinta, ma non era responsabile della sua morte. Il delitto era stato commesso proprio dalla sua migliore amica dopo la scoperta del tradimento. Al termine dell'indagine Tony, durante un raduno di primavera a Panama City (Florida), scopre un segreto piccante sul passato di Kate.

La squadra indaga su un caso di suicidio, ritenendo che un esaurimento nervoso fosse la causa della morte. Durante l'autopsia, Ducky si accorge che in realtà si tratta di omicidio. Alle indagini collabora l'Agente Speciale dell'FBI Fornell. Gibbs e i suoi ragazzi scoprono che la donna morta è coinvolta in un triangolo amoroso e che questo può aver contribuito alla sua morte.

Un aspirante marine viene trovato morto nel campus del college, con il collo spezzato tramite una torsione. I sospetti cadono immediatamente su un compagno di corso con il quale ci fu un diverbio nei giorni precedenti, tuttavia le indagini devono ripartire da zero quando il principale sospettato viene trovato assassinato alla stessa maniera. Indagando su una fratellanza studentesca segreta chiamata "Cellula Rossa", di cui si è scoperto che i due morti facevano parte, la squadra ferma una giovane ragazza recluta, dalla quale Tony e Kate scoprono che i due ragazzi morti avevano cercato di difenderla dal sergente incaricato del loro addestramento, che abusava di lei. Nel frattempo Gibbs ha già intuito il responsabile e affronta il sergente, il quale reagisce e cerca di ucciderlo, ma viene sopraffatto nel corpo a corpo dall'agente dell'NCIS.

All'interno di un magazzino in affitto vengono trovati i resti dello scheletro di una ragazza scomparsa. L'affittuario è un ufficiale caduto in Iraq, a suo tempo sospettato del delitto, al quale è stata proposta l'onorificenza della Stella d'Argento post-mortem per gli atti eroici compiuti sul terreno di battaglia. È molto importante che l'NCIS scopra se fu lui ad assassinare la ragazza, entro 24 ore. Tony ha l'amara sorpresa di scoprire che la sua auto, una Corvette ZR del 1990, è stata rubata.

Quando Tony apre una misteriosa lettera esce un piccolo soffio di polvere bianca: potrebbe trattarsi di batteri mortali. Vengono avviate subito le procedure per gli attacchi terroristici: Kate e Tony, i più esposti e potenzialmente in pericolo, vengono messi in una camera di isolamento. Nel frattempo McGee e Gibbs cercano di scoprire chi ha spedito la busta e come curare i loro colleghi prima che sia troppo tardi. La salute di Tony peggiora.

Due Marines in licenza vengono uccisi mentre stanno viaggiando sulla loro automobile, la squadra interviene per i primi rilievi sulla scena del crimine. Tony si accorge che sotto l'autovettura che stanno analizzando c'è una bomba e riesce a salvare i propri colleghi dall'esplosione. L'FBI avvisa l'NCIS che Ari Haswari è tornato negli Stati Uniti e che potrebbe cercare di uccidere Gibbs, spinto dal desiderio di vendetta personale. Nel corso di una sparatoria con una cellula di al-Qāʿida, Kate viene colpita da una pallottola nel torace nel tentativo di salvare la vita a Gibbs. Per fortuna indossa un Giubbotto antiproiettile, ma mentre cerca di riprendersi dalla botta, senza preavviso, Ari Haswari spara un proiettile alla testa di Kate uccidendola all'istante. Il colpo viene sparato da un Bravo 51 (fucile di precisione noto anche come Kate) con le stesse munizioni che usava Gibbs nelle missioni per il Corpo dei Marines. Gibbs e Dinozzo restano sconvolti e cercano di prendere l'assassino. Gibbs sussurra "Ari" prima della fine dell'episodio.

Alcuni giorni seguenti alla morte dell'agente Kate Todd, la squadra si accorge a poco a poco che la donna non è stata presa per errore ma Ari l'ha uccisa volontariamente. Ari stesso si apposta al di fuori della sede dell'NCIS e spara un colpo mancando Abby e Tony. Le altre organizzazioni federali però non credono che la loro talpa possa aver ucciso Kate e difatti Gibbs non ha prove che lo possano confermare.

Fanno la loro prima comparsa Jennifer Shepard, il nuovo direttore dell'NCIS di Washington DC e ex compagna di squadra e di vita di Gibbs, e Ziva David, agente Mossad il cui compito è impedire che Gibbs uccida Ari. Ari chiama il dottor Ducky Mallard e lo convince ad incontrarlo da solo per raccontargli la sua versione dei fatti..

Ari rapisce Ducky, mentre Tony scopre che Ziva ha consegnato un passaporto francese falso per Ari a un'altra ragazza con la stella di David al collo. Con abili stratagemmi Ari riesce a sfuggire al pedinamento di Gibbs facendo uccidere a costui un certo Mohamed Esfiri, terrorista statunitense, che viene trovato in possesso del Bravo 51 che ha ucciso l'agente Todd.

L'ovvia conclusione è che sia lui il cecchino e non Ari. L'istinto di Gibbs però gli suggerisce che Esfiri fosse lì proprio per sviare i sospetti da Ari. Gibbs torna a casa e trova Ari nella sua cantina con in mano il fucile da cecchino che usava quando era un marine, lo stesso tipo di fucile che ha ucciso Kate.

Un maniaco condannato a morte chiede di poter parlare con Gibbs dopo dieci anni dalla sua cattura. Per Gibbs è forse l'ultima occasione per trovare i cadaveri. Ma un emulatore rapisce l'agente Cassidy.

Il cadavere di un marine viene ritrovato all'interno di una tomba conservata in un museo. Nel frattempo Ziva David viene assegnata ala squadra di Gibbs come agente di collegamento fra NCIS e Mossad.

La squadra si trova ad indagare sulla morte di un sottufficiale della marina. Ma ben presto un secondo uomo afferma di essere lui ad avere quel nome. Si indaga dunque su un caso di furto d'identità.

La squadra indaga sul un uomo scomparso che sembra essere legato ad un sito di pornografia. Abby viene affiandata da Chip Sterling il suo nuovo assistente.

Un tenebre della marina che conosce i codici di accesso di un progetto segreto denominato Onore viene rapito. Il team indaga per conservare la sicurezza nazionale. Gibbs fa amicizia con il figlio della vittima, molto legato al padre.

Ziva e Tony, per scoprire chi aveva ingaggiato due sicari morti in un incidente d'auto, ne assumono l'identita. E mentre indagano sono sempre più attratti l'uno dall'altra. Ducky esamina i corpi per scoprire dettagli che permettano ai due agenti di perfezionare la propria interpretazione mentre McGee finge di essere un cameriere dell'albero per supportare le indagini dall'interno. Si scopre presto che anche l'FBI sorveglia Tony e Ziva tramite due agenti (credendo erroneamente che siano proprio i due assassini), cosa che provoca un possibile contrasto tra l'NCIS e l'FBI, che viene sistemato da Gibbs e Fornell, che in realtà amici che fingono antipatia reciproca in pubblico. Alla fine viene alla luce che i due assassini erano il vero bersaglio poiché avevano deciso di ritirarsi dalle attività criminali, essendo la donna incinta, e di voler condurre una vita onesta dopo un ultimo colpo per mettere da parte abbastanza denaro per ricominciare da capo e la loro assicurazione, un file microscopico contenente tutti i dati sui loro clienti, è il vero obiettivo dei clienti dei tre killer assoldati per ucciderli. I due vengono legati e Tony picchiato, due dei tre killer vengono fermati da Gibbs e McGee mentre l'ultimo, in procinto di uccidere Tony, viene fermato dallo stesso DiNozzo, che riesce ugualmente a difendersi.

Tony è accusato dell'omicidio di una donna il cui corpo è stato trovato a Quantico. Le prove sono schiaccianti, e l'NCIS deve dimostrare il contrario.

McGee, mentre si trova in servizio, uccide un poliziotto in incognito. Ma McGee è innocente e l'NCIS deve dimostrarlo.

Mentre si sta girando un reality show in una base della marina, una modella viene trovata morta e la squadra NCIS è chiamata per trovare il colpevole.

Mentre indagano in un cantiere navale in cerca di armi di contrabbando Tony e Ziva scompaiono. Intanto i due stavano discutendo sul perché Ziva non abbia invitato Tony a cena la sera prima.

Un ufficiale che è incaricato di spedire un carico di barre di uranio viene rapito e lo riesce a comunicare ma poi sparisce del tutto e l'NCIS deve trovarlo prima che sia troppo tardi.

La squadra indaga su l'omicidio delle mogli di due marine e deve trovare l'assassino prima che colpisca di nuovo.

La squadra indaga su un furto d'auto e trova nel bagagliaio la testa di un ufficiale cremato.

Un'ambulanza si incendia mentre trasporta la salma di un marine, ma non si tratta di un incidente e la squadra è chiamata a scoprire il movente.

Durante una visita guidata in un parco nazionale un ranger ritrova un marine divorato da un orso, le indagini porteranno la squadra alla ricerca di un serial killer.

Il quindicenne Cody, figlio di un militare, preso di mira da un bulletto, un giorno si presenta a scuola con una bomba attaccata al petto e prende in ostaggio una classe della sua scuola. Gibbs si introduce al posto di una compagna uscita dalla classe per prendere l'inalatore di un'altra compagna sofferente di asma. Ben presto la squadra scopre che la madre pare sia morta un anno prima (anche se lui dice di averla vista il mese prima), e che Cody e la sua bomba sono controllati da qualcuno di esterno. In seguito troveranno i colpevoli e si viene a sapere che la madre di Cody a causa di testimonianze contro il cartello colombiano della droga, ha dovuto fingersi morta per non far accadere nulla ai suoi familiari.

Due ragazzini trovano un corpo sepolto sotto una lastra di ghiaccio, poi si scopre che i corpi erano 4, un marine e tre appartenenti ad una gang.

L'NCIS indaga su una fuga di notizie top secret e scopre che la talpa si è suicidata, ma non tutti i suicidi sono veramente tali...

La squadra si trova a indagare in un appartamento in cui è stato compiuto un brutale omicidio. La valigetta contenente cocaina fa pensare a una consegna andata male. Abby intanto è coinvolta in un'indagine in cui deve testimoniare. Mentre McGee le fa visita nel laboratorio rischiano entrambi di morire a causa dell'acido cianidrico proveniente dalla cocaina che la ragazza stava analizzando. Gibbs si occupa immediatamente del caso e mette Abby sotto protezione, costringendola a dormire a casa di McGee. Si scopre così che Abby in passato aveva frequentato un giovane che ripuliva scene del crimine. Quest'ultimo era stato allontanato sotto diffida di Abby stessa. Seguiranno una serie di persecuzioni da parte di Michael che spingeranno la ragazza a rimanere chiusa nell'ascensore dell'N.C.I.S. Ben presto si scoprirà che Michael però era solo un diversivo.

L'NCIS arresta un trafficante di droga e siccome non voleva entrare in ascensore Ziva lo colpisce con un pugno alla giugulare e questo muore ma Ziva dichiara che il pugno non era abbastanza forte da uccidere. Intanto il direttore Shepard viene rapita dal fratello del morto che vuole che gli sia restituita la droga e sia rilasciato il fratello.

Mentre l'NCIS sta indagando su una nave turca Jethro Gibbs viene investito da un'esplosione nella quale rimane ucciso un agente dell'NCIS sotto copertura. Gibbs viene portato all'ospedale in coma e sogna la morte di sua moglie e sua figlia.

Gibbs si risveglia dal coma ma non ricorda gli ultimi 15 anni. In suo aiuto arriverà il suo ex mentore, Mike Franks, chiamato dalla direttrice Shepard direttamente dal Messico, dove era andato a vivere dopo essere andato in pensione precocemente, undici anni prima. Si scopre, oltretutto, che Gibbs aveva una moglie, Shannon, e una figlia, Kelly, di cui nessuno sapeva niente, nemmeno il suo amico di vecchia data, Ducky. Le due erano state uccise nel 1991 da un trafficante d'armi (Pedro Ernandez) contro cui Shannon doveva testimoniare: aveva sparato all'agente che guidava l'auto in cui le due stavano viaggiando, uccidendolo, Shannon e Kelly (8 anni) morirono nell'impatto. Intanto Gibbs era in guerra in medio oriente. Gibbs tornato a Washington e fuggito dal coma, conosce Mike, che stava indagando sul caso della moglie e della figlia, quest'ultimo gli fa leggere il fascicolo dell'uomo che le aveva uccise in modo che Gibbs potesse ottenere la sua vendetta. Ziva gli fa visita facendogli tornare la memoria con uno scappellotto così Gibbs torna all'NCIS pronto a sventare il piano terroristico di Pin Pin Pula, ma non viene ascoltato; decide così di dare le dimissioni, affidare la squadra a Tony e raggiungere il suo mentore in Messico.

Ziva, andando a lavoro, assiste a un attentanto terroristico e vede un ex agente del Mossad che dovrebbe essere morto. Ingiustamente ricercata come autrice dell'attentato, Ziva non può fidarsi delle agenzie federali quali FBI o la stessa NCIS che hanno fatto muro contro di lei, persino il Mossad e il suo stesso padre emette un ordine di cattura nei confronti della figlia. Solo Tony, ora diventato il capo della squadra, non crede alla colpevolezza di Ziva e nell'ombra chiede aiuto alla squadra per aiutare la collega. Nascosta e impaurita Ziva chiede aiuto a Gibbs il quale è in pensione e si è ritirato in Messico assieme al suo amico e mentore Mike Franks. Gibbs suo malgrado decide di tornare a Washington e chiede il reintegro temporaneo al solo scopo di aiutare Ziva con la quale ha un antico debito (nell'episodio "Uccidete Ari (part 2)" Ziva uccide il fratello Ari prima che questi uccidesse Gibbs). Aiutata da Gibbs e da Tony, Ziva riesce a togliersi dagli impicci ma ciò non basta a far restare Gibbs nella squadra.

Quando il sottufficiale Derick Poulson evade di prigione e chiede a Fornell di scagionarlo, quest'ultimo non può fare a meno di chiedere aiuto a Gibbs, visto che è insieme a lui che aveva arrestato il giovane. Gibbs torna quindi "temporaneamente" a capo della squadra per cercare il fuggitivo e catturarlo. Combattuto tra il suo istinto e i fatti Gibbs dovrà fare i conti con un uomo che sembra prevenire ogni sua mossa. Aiutato da tutta la squadra riesce a capire chi è il vero colpevole e ad apprezzare di nuovo il suo lavoro. La puntata termina con un colpo di scena: Gibbs è di nuovo seduto alla sua scrivania e porta un paio di bei baffoni. A Tony, Ziva e Tim che lo guardano stupiti esclama: "Che c'è?" Gibbs è tornato.

Viene ritrovata una macchina abbandonata piena di sangue, intestata ad una tenente donna della Marina scomparsa. La squadra della NCIS scopre che il tenente scomparso stava selezionando uomini, alla ricerca del compagno perfetto per lei. Quando scoprono che la donna aveva in programma di partecipare ad un seminario presso un hotel del luogo, Ziva vi si reca di nascosto per avere maggiori informazioni. Ducky è impegnato nell'analisi dei profili degli uomini. Jenny fa a Tony un'offerta segreta.

Un russo uccide un informatico americano. Quest'ultimo infatti lo aveva riconosciuto come uno dei ricercati più pericolosi. Mentre Ziva e McGee devono trovare il bossolo del proiettile tramite tracce di vomito, Gibbs chiama Mike Franks che aveva indagato sull'indiziato tempo prima. Mike, per evitare che l'uomo sia rilasciato, finge di avere un nastro che lo incastra per traffico di armi. Tony, guardia del corpo di Mike, viene aggredito e Mike stesso viene rapito. In realtà Mike ha aggredito Tony per poter far cadere un boss russo (capo del sospettato) nella sua trappola e ucciderlo. Gibbs interviene per aiutarlo.

Quando viene trovato il cadavere di un marine scelto in una casa vuota, la squadra della NCIS scopre che era stato seppellito nel cortile dietro la casa e poi riesumato. Identificano la sua identità e scoprono che stava per essere dispiegato in Iraq, ma non si era mai presentato per la missione. L'investigazione li porta ad una nuova traccia: il soldato aveva due fidanzate. Abby esegue i test sul DNA delle due donne. Infatti l'assassino si scopre essere il marito della venditrice di quella casa ovvero l'amante.

È Halloween e la squadra della NCIS è impegnata nell'indagine di un caso di riscatto. La figlia di un Marine è stata rapita dopo che il rapitore ha attaccato il Marine nella sua casa. L'indagine li porta al fatto che la coppia era separata. Decidono di concentrarsi sull'ex fidanzato della moglie, dopo aver scoperto che la donna aveva chiesto la separazione. Nel frattempo, McGee e Tony restano impressionati dal costume di Halloween di Abby.

Quando un Colonnello della Marina muore in un'esplosione in un campo da golf militare, la squadra della NCIS si trova ad indagare su di un sospetto attacco terroristico con l'aiuto dell'Army Criminal Investigative Division (CID). La CIA gli dà un indizio per un magazzino abbandonato, ma risulta essere una trappola: il magazzino è predisposto per esplodere. McGee sfrutta le sue capacità informatiche per entrare nei file segreti del governo e scoprire la cellula terrorista.

Quando un Marine d'onore veterano viene ritrovato morto in un hotel, la squadra della NCIS deve scoprire cosa gli è successo. Presto si accorgono che il Marine non si è suicidato e che era un senzatetto. Dopo aver cercato tra le sue cose, trovano delle prove compromettenti contro di lui e Gibbs è determinato a provare l'innocenza dell'uomo.

McGee infrange le regole, rischiando il lavoro all'NCIS, per aiutare sua sorella Sara, che appare a casa sua disorientata ed insanguinata. Mentre lavora per scoprire cos'è successo, la squadra della NCIS sta indagando su un caso di un marinaio della Marina, che è collegato in qualche modo alla sorella di McGee. Sia Tony che Abby sono impegnati con i loro problemi di cuore, intanto si scopre che McGee ha un altro segreto.

Nella fornace di una base della Marina viene ritrovato il corpo carbonizzato e mummificato di una persona scomparsa e ricercata e la NCIS deve collaborare con la FBI. Il cadavere risulta essere quello di un serial killer. Entrambe le squadre visitano la famiglia dell'uomo e scoprono qualcosa di sconcertante. Inoltre, la squadra dell'NCIS deve affrontare il libro che McGee ha scritto su di loro, utilizzando personaggi inventati.

Un veicolo robotizzato di nome Otto, parte di un progetto ad alto livello del Dipartimento di Difesa, provoca la morte di un Tenente della Marina. Più tardi quasi uccide Abby e la squadra dell'NCIS deve scoprire chi ha sabotato il veicolo ed ha assassinato il Tenente. Nel frattempo, Ziva si accorge che Tony continua ad andare in ospedale. Cosa starà facendo lì?

Indagando sulla morte di una tenente, Gibbs scopre che la donna stava organizzando l'entrata negli USA di un collaboratore iracheno e di altri due stranieri.

Un terrorista, in possesso di una sostanza chimica, vuole contagiare la popolazione infettando banconote da un dollaro e l'NCIS deve impedirglielo.

L'NCIS scopre che Charles Harrow vuole vendere il suo software per il controllo missilistico. Tra le tante immagini si scopre che tra i principali acquirenti c'è la Grenouille.

Un uomo viene trovato morto dentro un ristorante in disuso. La vittima è stata uccisa con un veleno ricavato dall'oleandro. Durante le indagini si scopre che la vittima non era altro che un serial killer che aveva già ucciso in passato nello stesso modo in cui è stato ucciso lui stesso. I colpevoli si scoprono essere il proprietario di un locale per VIP e una accompagnatrice che sarebbe stata la prossima vittima del serial killer.

Un tenente della marina che lavora per la AIEA ovvero l'ente delle nazioni unite per il controllo dell'energia atomica, incarica Gibbs di indagare su chi lo ha avvelenato. Durante le indagini i sospetti cadono sul superiore del marine e su una sua collega ma quando anche il suo superiore mostra i sintomi di avvelenamento da radiazioni i sospetti cadono. Si scopre che l'agente è stato avvelenato tramite dei sigari con del tallio, utilizzato come veleno per topi, con la caratteristica di essere inodore insapore e incolore. Il colpevole era un'altra sua collega di lavoro che lo ha avvelenato per non farlo partire per il prossimo impiego di lavoro ignorando che così facendo lo avrebbe ucciso. Durante l'episodio è interessante l'attaccamento che nasce fra la vittima e Ziva, ogni mattina i due si incontravano durante il percorso di jogging ma non si erano mai fermati per conoscersi e alla conclusione della puntata è ben visibile il rammarico da parte di entrambi di non averlo mai fatto.

In un cimitero militare viene alla luce un loculo con resti umani di persone diverse. L'NCIS deve scoprire chi sono le vittime e se tra loro c'è una connessione.

Il corpo di un Marine congelato riprende vita sul tavolo operatorio di Ducky e la squadra cerca di ricostruire gli ultimi giorni della vittima per capire cosa gli è successo e chi lo ha lasciato a morire di freddo. Le indagini portano a galla un viaggio che la vittima ha fatto a Baghdad usando un aereo merci e un collegamento con il passato di Gibbs.

Una telefonata avverte l'NCIS di un attacco terroristico. Ma è una trappola, e per gli agenti accorsi sul posto non c'è scampo. Gibbs deve scoprire chi è il mandante.

Durante le indagini su un caso di omicidio, McGee si accorge che ci sono molti punti in comune tra il delitto e il nuovo romanzo, non ancora pubblicato, a cui sta lavorando.

Il direttore Shepard accetta d'incontrare da sola un informatore che dovrebbe darle importanti informazioni. Ma l'uomo viene ucciso e l'NCIS deve capire chi è l'assassino.

Un fotografo cieco scatta per caso una foto che riprende il cadavere di un marine. Per l'indagine, l'NCIS si affida alla speciale sensibilità di quell'uomo.

Mentre Shepard è in Europa, Gibbs assume il comando dell'NCIS ma abbandona presto la scrivania per occuparsi direttamente di un misterioso omicidio.

Al ritorno dall'Europa, Shepard sottopone tutti al test della macchina della verità. Intanto, un narcotrafficante prende Tony e Jeanne in ostaggio.

Tony risulta irreperibile così la squadra inizia le ricerche: riescono a trovare la sua auto e a visualizzarla tramite le telecamere del traffico. Appena visualizzata, però, l'auto esplode. Sono tutti molto scossi, ma sperano che non si trattasse di Tony, mentre Ziva, sicura, è inconsolabile. Poco dopo, grazie all'autopsia di Ducky del corpo rinvenuto all'interno dell'auto carbonizzata, la squadra avrà il sollievo di scoprire che Tony non era in quell'auto e che invece si trovava nella limousine di La Grenouille con lui e la figlia Jeanne. Si capisce quindi che Tony aveva frequentato Jeanne solo per avvicinarsi a La Grenouille, sotto gli ordini del Direttore, tutto all'oscuro di Gibbs che per questo motivo va su tutte le furie. La Grenouille va quindi a trovare il Direttore a casa sua per costituirsi, poiché teme che i suoi nemici stiano per ucciderlo, ma il Direttore all'inizio lo rifiuta, condannandolo così alla morte. Quando Gibbs e la squadra vanno a prelevarlo dal suo yacht non lo trovano. Mentre la telecamera inquadra la squadra che va via, sullo specchio d'acqua si vede il corpo di La Grenouille con un foro di proiettile alla testa.

Si pensa che un agente sia morto in un incidente d'auto, fino a che le prove sulla scena del crimine non provano il contrario. L'agente non era morto durante l'incidente, e non era stato ucciso perché non era l'autista della macchina danneggiata. Si trova un altro corpo e Ducky conduce l'autopsia e scopre che è stata uccisa, ma poco prima di morire aveva dato alla luce un bambino, conducendo la squadra a pensare che il killer abbia preso il bambino. Si scopre, invece, che non è così facile come sembra. Alla fine, la squadra è a casa della famiglia nuovamente riunita. Tony va vicino al caminetto e si siede, da solo, guardando la coppia felice con il loro bambino, e Gibbs, McGee e Ziva rilassati e sorridenti. Tony tira fuori una busta dalla giacca, la apre e legge "Tony, non tornerò indietro. Devi scegliere. Jeanne". Ha un flashback dove vede lui e Jeanne insieme, felici, in un letto. Tony guarda verso Ducky e la coppia con il bambino e poi di nuovo verso Gibbs, McGee e Ziva. Butta la lettera nel fuoco e cammina verso il team. Ziva e McGee guardano verso Tony, mentre Gibbs guarda verso la lettera che brucia.

Il capitano dei Marines Trent Reynolds viene ritrovato ucciso, seduto alla sua scrivania nel suo ufficio. A causa dei segretissimi documenti a cui aveva accesso, Gibbs dovrà essere aiutato nelle indagini dal colonnello Hollis Mann, donna che tuttora Jethro frequenta, e rimarrà turbato quando scoprirà che uno dei testimoni del delitto è la sua ex moglie Stephanie.

Ducky scopre che il cadavere che sta analizzando per una ricerca è in realtà la vittima di un assassinio, quindi il team si mette al lavoro. La vittima era un pericoloso ricercato dell'FBI chiamato "L'eliminatore".

Michael Arnett, un tenente della marina, minaccia il suicidio dal tetto d'un edificio: la squadra di Gibbs lo persuade a scendere ma proprio quando il suicida si convince un cecchino lo uccide. Alle indagini collaborerà Nikki Jardine, una giovane analista appositamente arrivata all'NCIS.

La squadra di Gibbs è chiamata ad investigare su una morte avvenuta sulla nave della Marina Statunitense Chimera, che si occupa di ricerche top-secret navigando in mezzo all'oceano. Dopo l'arrivo sulla nave, scoprono il corpo abbandonato di uno scienziato morto di febbre emorragica. Sospettano di non essere soli sulla nave. La loro indagine è resa ancor più complicata dalla reticenza della Marina, di rilasciargli informazioni sulle ricerche che si svolgevano sulla Chimera. Comunque, scoprono velocemente che a bordo della Chimera non si svolgono ricerche, bensì la nave trasporta missili nucleari da guerra sottratti all'esercito russo. Alcuni mafiosi russi cercheranno di salire a bordo della Chimera e di appropriarsi dei missili.

Maddie, la migliore amica di Kelly la figlia di Gibbs avuta dal primo matrimonio e poi uccisa, viene rapita. L'obiettivo dei rapitori è ottenere una grossa somma di denaro arrivato illecitamente dall'Iraq: il team dovrà lavorare per salvare l'ostaggio. Gibbs è molto coinvolto emotivamente poiché salvare Maddie, per lui, equivale a salvare sua figlia.

Un ammiraglio viene ucciso su un taxi, insieme all'autista che lo guidava. All'inizio il team di Gibbs pensa che l'obiettivo fosse l'ammiraglio, ma quando si scopre che l'autista era un rifugiato politico gli agenti cambiano idea. La vicenda si complica quando la squadra capisce che in realtà la vittima designata era una terza persona.

Un gruppo di boy scout va in visita alla sede dell'NCIS. Giunti nel laboratorio scientifico, Abby invita un bambino a provare il lettore di impronte digitali e, a sorpresa, il sistema le riconosce. Appartengono a Carson Taylor, il figlio di un uomo scomparso da molto tempo...

Il team dell'NCIS paga un caro prezzo, quando tenta di fermare un Marine che crede di essere ancora in Iraq. Dopo un violento confronto, la squadra si accorge che il Marine è soggetto ad un esperimento segreto. Le cose diventano ancora più complicate quando un assistente di un senatore comincia ad interferire con le indagini, dato che il Marine doveva essere decorato dal senatore e un incidente potrebbe risultare negativo per la sua immagine. Si scoprirà poi, che le cose sono ancora più complicate e il Marine non può essere decorato, ma Gibbs, che prova simpatia per il ragazzo, gli darà in regalo la propria medaglia.

Un marine di religione musulmana viene ucciso in una moschea ed è compito del team di Gibbs trovare il colpevole. Ducky però rifiuta di eseguire l'autopsia per rispettare le credenze religiose della famiglia. Nel frattempo McGee mentre sta per piazzare una cimice all'interno della moschea, scopre che ce n'è una già installata dall'FBI.

Un sofisticatissimo radar top secret della marina viene rubato, il team di Gibbs per scoprire i colpevoli sorveglierà un magazzino per diversi giorni stabilendo dei turni, ma durante uno di questi, gli agenti speciali NCIS assisteranno all'omicidio di un broker. Alla fine dell'episodio, Ducky fa una misteriosa e inquietante rivelazione sulla salute del Direttore Shepard.

Durante un'operazione il team di Gibbs trova un agente dell'antidroga ucciso, apparentemente sbranato da un cane. Abby però si impegnerà al massimo per cercare di dimostrare che non è stato il cane ad uccidere il militare.

Il cadavere di La Grenouille, viene ritrovato solo adesso nel porto. Si tratta praticamente della continuazione del primo episodio della stagione: tutto il team viene messo sotto inchiesta. Il direttore viene sospeso e l'indagine interna viene affidata all'agente Fornell dell'FBI. Per primo viene indagato Tony, dopo che Jeanne afferma di averlo visto sul molo dove è stato ucciso Benoit, nel frattempo Gibbs non si arrende ed entra nel database della CIA per continuare le indagini per conto suo. Nella sua cantina lavorano McGee, Ziva e Ducky, che svolge l'autopsia sulle foto del cadavere di La Grenouille. Tony rimane indagato fino a che Jeanne non ammette di non aver visto assolutamente Tony e di non essere neppure andata al molo. Alla fine Gibbs capisce che ad uccidere La Grenouille è stata Jeanne, il direttore, ma le indagini ufficiale non riescono a capire questo e il direttore riacquista il suo posto nell'N.C.I.S.

Un ufficiale dei marines viene ucciso a Baghdad, in Iraq, durante un attacco terroristico a colpi di mortaio. Quando il suo corpo viene riportato a Washington, l'autopsia di Ducky rivela che l'ufficiale non è morto per i colpi di mortaio, si tratta invece di omicidio: Tony e Nikky vengono mandati in Iraq per indagare, coadiuvati da Gibbs e dal resto del team da Washington.

Il team è alla ricerca di un serial killer e Ziva fa da esca. Il piano però prende una brutta piega quando il sospettato capisce che Ziva è un'agente federale e tenta di ucciderla: Ziva si salverà per miracolo uccidendo l'uomo. Ma l'indagine non è finita, perché il serial killer aveva un emulatore.

Un operaio viene ucciso in un cantiere, il team rilevando le prove ne tralascia una sul corpo della vittima: un passaporto. Il passaporto viene ritrovato da Palmer, ma se lo lascia trafugare sotto il naso dal probabile assassino, che era ancora presente sulla scena del crimine. Il signor Palmer insegue il probabile assassino che, però, ad un certo punto, si gira e gli spara. Palmer schiva il colpo ma entra in stato di shock, tanto che non riesce a ricordarsi né il volto di chi gli ha sparato né il tipo di passaporto che ha visto. Nel finale, quando trovano l'assassino, Palmer lo riconosce e gli va contro con la macchina, mentre Ziva, Tony, Gibbs e Tim arrivano e lo catturano.

Il direttore Shepard scopre che la vittima designata di una missione segreta a Parigi, compiuta in passato da lei stessa insieme a Gibbs e un terzo agente speciale (già rinvenuto morto), sta cercando di uccidere i 3 componenti di quella missione. Ma non informa Gibbs e decide di risolvere la questione con l'aiuto dell'ex caposquadra di Gibbs, Mike Franks. Ma entrambi sono vittima di un agguato in cui proprio il direttore Shepard rimarrà uccisa. Proprio in quel giorno il direttore era sotto scorta di Tony e Ziva che però lei aveva congedati per "risolvere la questione" da sola, tenendoli all'oscuro.

Tutto il team di Gibbs scopre la vicenda che ha portato all'uccisione del direttore Shepard e si mette al lavoro per trovare l'assassino, nel frattempo Tony e Ziva si sentono responsabili. Franks, uccide la mandante degli omicidi salvando la vita Gibbs che aveva fatto da esca attirandola nella casa della Shepard; entrambi decideranno di far sparire il corpo ed eliminare tutte le prove bruciando la casa, facendo così credere, grazie anche alla complicità di Vance, ai media che Jenny Shepard è morta per un incidente domestico. Il vicedirettore Vance prende il posto di direttore capo dell'NCIS e decide di insabbiare tutto. Vance scioglie la squadra: Ziva dovrà tornare in Israele, McGee viene assegnato all'unità crimini informatici, mentre Tony sarà agente di bordo sulla nave Ronald Reagan. A Gibbs viene assegnata una nuova squadra composta da altri tre elementi.

Dopo la morte del direttore Shepard, Tony, Ziva e McGee sono stati rimpiazzati da un nuovo team, formato dagli agenti Lee, Keating e Langer. Vance incarica Gibbs di individuare una talpa nel nuovo team appena formato. Con l'aiuto dell'agente McGee, Gibbs è in grado di tracciare le chiamate tra Lee ed un sottufficiale defunto. Dopo una lunga verifica sulle telefonate dell'agente Lee, lei è però scagionata. Mentre Keating viene interrogato, dei colpi vengono sparati e l'agente Lee viene ritrovata con il corpo di Langer, che lei ha ucciso. Gibbs e Vance arrivano alla conclusione che Langer doveva essere la talpa. Alla fine dell'episodio McGee e Ziva si ricongiungono con Gibbs nel loro open-space, mentre l'agente Lee si avvia verso l'ascensore. Mentre sta per uscire di scena, la donna riceve un messaggio sul cellulare che dice: "Sospettano qualcosa?". La risposta è un semplice: "No". Tutto dunque lascia intendere che è lei la talpa e non il defunto Langer.

Mentre è ancora di stanza su una portaerei, Di Nozzo scopre che l'apparente suicidio di un tenente della Marina può essere collegato ad uno schema più grande e pericoloso. Si scopre, infatti, che l'ufficiale è stato ucciso giorni addietro e che qualcun altro ha preso il suo posto, minacciando di liberare dell'Antrace sulla portaerei. Gibbs e la sua squadra vengono inviati ad aiutare con l'indagine. Alla fine a Di Nozzo è permesso di tornare a Washington, nonostante l'opposizione del Direttore Vance.

Due ragazzi durante una corsa in bici a Rock Creek Park scoprono nel lago il cadavere di Carrie McClellan, capitano di corvetta di stanza al Pentagono ed addetta alle relazioni del Congresso per l'Ufficio Affari Legislativi della Marina. All'Ncis Ziva regala una tortina ad Abby per averla ospitata a casa sua per la notte e Tony stuzzica Ziva per sapere se hanno dormito insieme. Durante la raccolta delle prove sta per iniziare a piovere e Gibbs mette fretta al team per non perdere le prove, ma lui riceve una telefonata e scappa senza motivo lasciando di stucco Tony, McGee e Ziva. Gibbs incontra di nascosto un senatore suo amico da quando, insieme, erano entrambi in servizio in Iraq. Il senatore chiama Gibbs con il nomignolo Gunny e gli confessa che aveva una relazione con il capitano di corvetta morto. Il senatore cerca di discolparsi dicendo che qualcuno lo vuole incastrare perché sta per fare approvare una legge che abbasserà i consumi di carburante e le compagnie petrolifere non ne saranno sicuramente entusiaste. Al Direttore dell'Ncis arriva una telefonata fatta con un programma digitale che dice dove si trova l'arma del delitto. Tony e McGee vanno a recuperare l'arma in un canale putrido e McGee cade nella melma perché Tony non riesce a tenerlo. Tale pistola conduce al senatore. Un'altra telefonata giunge al Direttore dell'Ncis e dice perché Gibbs sta coprendo un suo vecchio amico. Il Direttore telefona a Gibbs ma questo arriva in ufficio insieme al senatore. A casa il senatore confessa alla moglie di averla tradita. Abby intanto sta facendo un'indagine molto divertente per scoprire chi le ha rubato la tortina e scopre che è stato McGee, il quale si becca, all'istante ben due scappellotti, il primo da Ziva ed il secondo da Tony. Gibbs a casa sua riceve la visita della moglie del senatore che gli dice che pure essendo arrabbiata con il marito è convinta che un Marine non avrebbe mai sparato alle spalle di un altro Marine e per di più donna. Viene trovato morto il braccio destro del senatore, con una lettera di spiegazioni per il suo suicidio ed un computer su cui era stato appena inserito un programma che riproduce la voce. Caso risolto, almeno all'apparenza, ma non per il team di Gibbs, che continua ad indagare contro la volontà del Direttore Vance. Infatti alla conferenza stampa del senatore, Gibbs arresta la moglie del senatore che ha ucciso il capitano di corvetta McClellan per gelosia, Gibbs non aveva mai detto alla moglie del senatore che al capitano di corvetta McClellan avevano sparato alla schiena ed inoltre arresta anche il senatore che ha commesso l'altro omicidio, quello del braccio destro del senatore, per incolpare qualcun altro.

Una coppia di Marines viene aggredita all'uscita da un night-club. Di questi due uno viene ucciso, e l'altro viene lasciato in fin di vita. L'NCIS viene chiamata ad indagare, e l'indagine porta la squadra a Stillwater, Pennsylvania, la città natale di uno dei due Marines ed anche di Gibbs. La ricerca li conduce al proprietario di una miniera ed alla sua famiglia. Sua figlia è stata l'ex fidanzata del Marine ferito. Quando la squadra scopre che il Marine ferito è effettivamente il figlio del proprietario della miniera, l'indagine si rivolge al genero di quest'ultimo, che si scopre essere il mandante dell'attacco ai due Marines. Sempre nella sua città, il team di Gibbs incontra il padre del loro capo: Jackson Gibbs, che gestisce un negozio di alimentari. L'incontro tra padre è figlio è inizialmente freddo in quanto Gibbs non ha perdonato al padre il fatto di essersi trovato una nuova compagna dopo la morte della madre. Tuttavia il loro rapporto pian piano si rinsalda, soprattutto dopo che Jackson mostra al figlio l'auto sportiva che ha restaurato e rimesso in modo apposta per lui nel corso di 30 anni. Naturalmente Ziva, Abby, Di Nozzo e McGee sono sorpresi e stupefatti dall'incontro col padre del loro capo e cercano di capire che tipo di rapporti ci sia tra i due e cosa il vecchio Jackson abbia insegnato al figlio per renderlo ciò che è diventato. Durante l'indagine Gibbs ritrova inoltre vecchi amici ed esplora il suo passato e in particolare le origini del suo rapporto con la sua prima moglie, Shannon, madre della sua unica figlia, Kelly, entrambe uccise molti anni prima.

Un giovane marine viene brutalmente assassinato nel suo garage. Sull'arma del delitto la Scientifica trova le impronte del sergente Jack Kale, il superiore della vittima. Tuttavia Gibbs, DiNozzo e Ziva non riescono a interrogarlo perché Kale è entrato nel programma "Protezione Testimoni" poiché è il testimone chiave di un processo su una persona accusata di omicidio. L'indagine viene quindi coordinata dall'FBI ed affidata all'agente federale Fornell. La squadra NCIS si vede così costretta ancora una volta a lavorare contro Fornell.

La squadra è costretta a lavorare la notte di Halloween a causa di un serial killer che pubblica su internet indizi sulle sue prossime vittime.

Un giorno nell'ultima pubblicazione dell'omicida appare il volto di Gibbs. Gli investigatori si concentrano sul mondo della musica e arrestano un sospetto che fa dei falsi video di omicidi, mentre Vance decora una giovane agente dell'NCIS.

Un agente in servizio di sorveglianza in una banca di Quantico viene ucciso durante una rapina. Poiché si tratta di un omicidio commesso in una base dei Marines, il direttore Vance assegna alla squadra una nuova recluta, l'agente Dwayne Wilson (Rey Valentin). Il bottino della rapina è quasi insignificante e dopo poco viene ritrovato un furgone con i resti carbonizzati dei pochi soldi sottratti. Perché allora è stata commessa la rapina? Durante le indagini emerge che la stessa banda ha effettuato altre rapine molto più redditizie e che il figlio dell'agente ucciso era coinvolto. La rapina dunque è stata la copertura dell'assassinio dell'agente, con lo scopo di catturare suo figlio durante il funerale. La squadra raggiunge il cimitero proprio mentre la banda ha appena catturato il ragazzo, ma un intervento "creativo" della nuova recluta permettera a Gibbs e ai suoi di arrestare i criminali. Nel finale della puntata Gibbs si rende conto che l'agente Brent Langer - ritenuto un traditore e ucciso dall'agente Lee - è stato accusato ingiustamente.

A una base militare dall'attività interna segreta viene consegnata una cassa con un cadavere congelato. La squadra di Gibbs sente puzza di bruciato e organizza un "ingresso" notturno. McGee oscura le videocamere mostrando sui video dei sorveglianti un filmato vuoto in loop, mentre Dinozzo e Ziva entrano seguendo le loro istruzioni via audio. Improvvisamente l'allarme suona, nonostante fossero stati disattivati; sapevano del loro arrivo! Ma era "solo" un test che la squadra di Gibbs deve fare per testare la sicurezza di "Domino", un programma che prevede nei dettagli la risposta statunitense ad attacchi terroristici contro obiettivi sensibili in Israele o Medio Oriente. Dinozzo e Ziva vengono catturati (non senza resistere), e vengono raggiunti da Gibbs e Vance. C'è ancora una talpa nel NCIS! Non era Langer. Tuttavia l'intero test e l'edificio erano solo un'esca per il traditore. Grazie a un elemento radioattivo messo sulla tastiera di Domino, con un contatore geiger viene individuata... Abby! Lee si lava nervosamente le mani. Vance le chiede di procurarle un avvocato, quindi Lee esce e Vance la fa spiare per trovare il suo contatto. Lee viene interrogata, rivela che Langer è innocente e spiega la sua storia: è ricattata da alcuni sconosciuti che hanno rapito sua figlia. Lee esce dall'edificio e trova Gibbs in auto. (continua nella prossima puntata)

(continua dalla puntata precedente) Inizia il pedinamento di Lee, che lascia una pendrive in un giornale piegato al bar. Il contatto lo prende. Dinozzo viene però fermato da Lee che gli rovescia un caffè addosso, e il contatto sfugge. Grazie a un satellite spia riescono a localizzare la bambina con un rapitore, perciò Ziva e Dinozzo si recano in zona per tentare di recuperarla e di catturare i ricattatori. Trovano una catapecchia disabitata (a parte il cadavere del rapitore visto col satellite), e una stanza nascosta dove veniva rinchiusa la bimba. La squadra tenta nuovamente di intercettare il contatto di Lee, che si scopre essere un altro ricattato a cui è stata rapita la moglie e viene costretto a fare da tramite con Lee. Nel frattempo Abby scopre che in realtà la figlia di Lee non è tale e che la moglie del ricattato è morta. È la sorella adottiva. Organizzano allora una cattura proponendo uno scambio Domino-bambina in un bar, tramite il ricattato. Mentre Lee passa Domino al compagno di sventura, che lo mette in un menu del bar, su indicazione dei criminali via sms, Dinozzo e Ziva scoprono un supercomputer. Al bar il ricattato si rivela essere il criminale, rapisce Lee e sequestra un autobus, ma lei riesce a immobilizzarlo per un attimo e Gibbs, ferito, spara, uccidendo entrambi. Domino è salvo, ma... in realtà non era mai uscito dall'ufficio di Vance!

La squadra indaga sull'omicidio del sottufficiale di Marina morto in uno strano incidente stradale. Le indagini partono da un "fight club" di cui la vittima faceva parte.

Sulla scena di un omicidio vengono ritrovate le impronte digitali di un ex ufficiale di Marina, Ned Quinn, ufficialmente deceduto parecchi anni fa. La polizia locale si rivolge quindi all'NCIS. Catturato l'uomo e ricostruita la sua storia, Gibbs non crede nella sua colpevolezza e apre un'indagine proprio nel giorno di Natale. Alla fine dell'episodio Gibbs chiama suo padre, Jack, per fargli gli auguri di Natale.

Gibbs manda McGee in una prigione femminile per interrogare una detenuta sospettata dell'omicidio di un marine, ma le cose non vanno come previsto e l'agente resta coinvolto in una rivolta scoppiata in seguito alla morte della guardia carceraria Hayden Trimble. Tenuto in ostaggio, dovrà anche scoprire chi ha ucciso Trimble.

Durante le rilevazioni in seguito ad un omicidio di un marine, il Dottor Mallard viene avvicinato e accoltellato in strada da una donna afghana che poi va a chiedere asilo nella sua ambasciata. In seguito al racconto della donna, l'ambasciata informa Gibbs che il governo afghano chiederà che Ducky venga arrestato e processato per crimini di guerra commessi nel campo profughi di Jalozai, in Afghanistan.

Un capitano del controspionaggio muore in circostanze bizzarre. L'NCIS pensa che sia stato ucciso e indaga nella vita privata dell'ufficiale per scoprire il possibile movente.

Le indagini si concentrano sulla sparizione di un microprocessore segreto e su una misteriosa donna cubana.

Durante le indagini in seguito all'omicidio di un marine, la squadra rimane coinvolta in una guerra di bande. Viene infatti ritrovato il corpo di un uomo morto, che prima di morire sembra aver scritto col suo sangue il numero di matricola di Gibbs.

Il passato torna così a tormentare Gibbs, che chiede aiuto a Franks e affronta così un altro capitolo del suo passato.

Quando Gibbs si era momentaneamente ritirato in Messico, Tony aveva condotto in qualità di suo sostituto un'indagine su una truffa di un milione di dollari ai danni della Marina. Il colpevole, Renny Grant, viene rilasciato tre anni dopo in libertà condizionale e un suo compagno di lavoro viene ucciso in una stanza d'albergo presa a nome di Tony.

Gibbs metterà Tony di nuovo a capo dell'indagine per risolverla una volta per tutte e lui si comporterà come se fosse un collega dello stesso livello di Ziva e McGee.

L'agente Patterson prende un appuntamento con Abby per consegnarle un pacco da analizzare. Strada facendo un'auto si avvicina ad alta velocità e lo uccide.

Bartholomew Lemming, della Sicurezza Nazionale, offre il suo aiuto nelle indagini, ma si scoprirà che è coinvolto nella vicenda.

Un pugile di nome Tyler Owens viene trovato ucciso. Vance apre un'indagine che inizia a seguire personalmente lasciando fuori Gibbs. Va così a prelevare Tara, una psicanalista che conosceva Owens e proibisce a Abby di informare Gibbs sui risultati delle ricerche.

Ma Gibbs non se ne sta a guardare e ne approfitta per scavare nel passato di Vance.

Nella scatola dei giochi del figlio di un marine al fronte, la madre trova una pistola e la consegna alle autorità che allertano l'NCIS. L'intera famiglia finisce sotto indagine per il crimine in questione.

Abby analizza l'arma e scopre che ha sparato di recente. Interrogando il ragazzino si scopre che lui e i suoi amichetti avevano precedentemente trovato un cadavere.

Un agente della CIA che in passato ha aiutato Gibbs, Trent Kort, chiede che gli venga ricambiato il favore.

Gibbs accetta di collaborare e inizia così la caccia ad un pericoloso criminale, che però viene ritrovato malato e in fin di vita. La minaccia non è più lui infatti, ma uno degli uomini che lavoravano per il criminale.

Il governo chiede aiuto a Abby per continuare una missione interrotta a seguito della scomparsa di alcuni scienziati che vi lavoravano. Abby però non impiega molto a scoprire che la missione è una copertura per la costruzione di un'arma da vendere al mercato nero.

Un marine sotto sorveglianza viene ritrovato morto. Gibbs e McGee quindi si recano a Los Angeles per indagare insieme al team del luogo, ma il caso si trasforma ben presto in qualcosa di molto più complesso.

Quando si scoprirà anche l'esistenza di un traffico d'armi, l'indagine si trasforma in una questione di sicurezza nazionale e i due team uniscono tutte le loro forze per risolvere il mistero.

Nel frattempo Tony trova il tempo per scavare nella vita privata di Ziva.

L'indagine di Los Angeles continua e spunta il nome dell'agente del Mossad Michael Rivkin, l'amante di Ziva. Tony quindi si trova costretto a mettere in discussione la sua fedeltà all'NCIS.

Nel frattempo, a Los Angeles, l'agente speciale Callen cerca di infiltrarsi sotto copertura nella cellula terroristica, e lo psicologo Nate Getz, scopre la verità sul rapporto tra Gibbs e l'agente speciale Lara Macy.

Alla fine tutti i componenti della cellula vengono uccisi, Rivkin prende il volo per Tel Aviv e McGee e Gibbs possono ritornare a Washington. Nelle scene finali però si vede che all'agente Callen sparano per strada, ferendolo in modo grave.

Durante una partita a poker tra i dirigenti delle principali agenzie federali degli Stati Uniti (CIA, FBI, Immigrazione), un agente della Immigrazione addetto alla sicurezza rimane ucciso. Ad indagare viene chiamata l'NCIS, che scoprirà quindi di essere stata esclusa da quella apparentemente informale riunione. Si scoprirà che il colpevole è un terrorista che aveva cercato di inserire una microspia nel luogo della riunione, che verrà poi ritrovato morto, apparentemente suicidato.

La riunione delle agenzie in realtà non era informale, ma si discuteva di sicurezza interna e dei rapporti con il Mossad e l'NCIS era stata esclusa perché si decideva se affidare al direttore Vance un'operazione correlata.

Alla fine della vicenda Tony, con l'aiuto di Abby, continua ad indagare sullo strano suicidio del terrorista, e scopre che dal suo computer era stato fatto un collegamento con l'abitazione di Ziva. Così decide di recarsi di persona all'abitazione della collega, ma ad aprirgli la porta trova Rivkin, nonostante i due avessero già avuto poco prima un incontro in cui Tony lo intimava a tornarsene in Israele. Tony cerca di arrestarlo, ma Rivkin reagisce aggredendolo e dopo una colluttazione Tony gli spara uccidendolo, proprio mentre Ziva stava rientrando.

Dopo la morte di Rivkin, Tony e Ziva fanno rapporto a Gibbs e Vance sull'accaduto; quest'ultimo decide, per salvaguardare i rapporti con il Mossad, di recarsi personalmente con Gibbs, Tony e Ziva a Tel Aviv. Qui Tony viene interrogato direttamente dal Direttore del Mossad, Eli David, nonché padre di Ziva. Il confronto tra i due è acceso, poiché Tony rimane sarcastico ed ironico come sempre, ma proprio grazie a questo riesce a far sì che Eli si lasci sfuggire che Rivkin seguisse i suoi ordini, di fatto ribaltando la situazione. Nel frattempo Gibbs, aiutato da Abby e McGee da Washington, scopre che Ziva aveva avuto di recente contatti con il Mossad e aveva tenuto nascoste informazioni al resto della squadra, incluso il fatto che Rivkin avesse ucciso un agente americano. Ziva ha un forte confronto con Tony, lei è convinta che Tony volesse uccidere Rivkin sin dall'inizio e non è disposta a credere il contrario mentre lui afferma di averlo fatto solo per proteggerla. Alla fine si scopre che Rivkin era diventato un agente scomodo per il Mossad e, poiché Rivkin aveva ucciso un agente americano, i rapporti diplomatici rimangono intatti.

Prima di ripartire per Washington, Ziva è ancora arrabbiata con Tony e chiede a Gibbs di trasferirlo per non avere in squadra un compagno di cui non si può fidare. Ma Gibbs capisce che è una richiesta impossibile, fatta perché lei vuole restare nel Mossad, e allora riparte con Tony e Vance lasciando Ziva in Israele dopo averle detto addio. Gibbs parla con Vance, dicendogli di voler dare tempo a Ziva di cambiare idea, ma Vance non sembra propenso a concedergli la richiesta. Gibbs afferma di aver ancora fiducia in Ziva per averlo salvato da Ari quattro anni prima, ma Vance gli rivela non solo di averlo sempre saputo, ma anche che Ziva fosse stata mandata a Washington da Eli proprio per uccidere il fratellastro sin dall'inizio e di fare in modo, attraverso questo gesto, di ottenere la fiducia di Gibbs. L'agente rimane spiazzato per essere stato raggirato da Eli attraverso Ziva, ma decide comunque di aspettare un po' di tempo prima di prendere un nuovo agente in squadra.

Nella scena finale si vede Ziva legata e torturata in una stanza, mentre cercano di estorcerle informazioni sull'NCIS.

Sono passati alcuni mesi da quando Gibbs ha lasciato Ziva in Israele e nessuno all'NCIS l'ha più sentita. Preoccupati che possa esserle successo qualcosa, Tony, McGee e Abby ricostruiscono i suoi ultimi spostamenti e scoprono che era in missione per rintracciare il terrorista Saleem Ulman in Nord Africa. Tony e McGee si recano in Africa per ritrovare Ziva ma vengono subito fatti prigionieri da Saleem. Il terrorista somministra il siero della verità a Tony e lo interroga sul modo di lavorare della sua agenzia, su come siano riusciti a trovare la sua base e perché siano andati fino a lì. Incapace di tacere a causa del siero, Tony ricapitola gli ultimi mesi di attività e rivela che all'NCIS tutti credono che Ziva sia morta, lasciandosi sfuggire più volte quanto per lui sia importante Ziva. Tony afferma di essere partito per l'Africa per cercare vendetta nei confronti degli assassini dell'ex collega. Saleem fa portare Ziva davanti a Tony, lasciando lui e McGee (che a terra si finge svenuto) sbigottiti. Quando Ziva chiede a Tony perché proprio lui sia venuto a cercarla, le risponde di non poter vivere senza di lei. Quando Saleem minaccia di uccidere Ziva se Tony non gli rivela chi altro dei suoi colleghi è in Africa, Tony dice a Saleem che gli rimangono trenta secondi di vita e ricorda al terrorista che il suo superiore è un cecchino. Gibbs a quel punto uccide Saleem con un colpo di fucile da due colline di distanza: i tre riescono a fuggire, anche grazie all'arrivo di Gibbs. La squadra torna subito a Washington, dove appena entra in ufficio viene applaudita da tutti i colleghi, compreso il direttore Vance.

Una ballerina ingaggiata per un addio al celibato, trova i tre ospiti morti in strane condizioni. Nella squadra di Gibbs, Ziva non è ancora rientrata, sebbene, dopo aver parlato con Gibbs, si sia rivolta a Vance, il quale vuole farle fare dei test per capire quanto i mesi di prigionia l'abbiano provata. La sostituisce l'agente Filmore che però dà le dimissioni, esasperata da Tony e McGee. Abby, nel frattempo, pur accogliendo felicemente Ziva, le fa un sentito rimprovero per non essersi fidata di Tony pur avendo visto più volte quanto lui tenesse a lei. La squadra comincia ad indagare sul caso e trova un cadavere affogato nel gabinetto, un secondo con la testa in una borsa e un terzo morto per avvelenamento da alcol; a tutti e tre i corpi sono stati rasati i capelli dopo la morte. Durante l'indagine i sospetti si focalizzano su un ufficiale di polizia che, ai tempi del liceo, era vittima delle angherie dei tre deceduti: il modo in cui sono stati ritrovati i cadaveri corrisponde agli scherzi che il poliziotto aveva subito in gioventù. Inoltre si scopre che le tre vittime avevano sfruttato i loro contatti nella marina per organizzare le vendita illegale di un aereo dismesso; in realtà l'addio al celibato era una copertura per l'affare in corso. Gli agenti deducono che il poliziotto, oltre a prendersi la sua rivincita, ha rubato il ricavato della vendita dell'aereo. Ziva, nel frattempo, chiede scusa a Tony per il suo comportamento, dicendogli che lui è sempre stato presente per proteggerla, mentre lei non gli ha voluto credere quando doveva scegliere di chi fidarsi. Dopo l'omicidio del poliziotto, la squadra scopre che il vero colpevole è un altro compagno di liceo delle quattro vittime che voleva incastrare il poliziotto per rubare il denaro dell'affare. Risolto il caso, Gibbs e Ziva si incontrano e lui le chiede spiegazioni riguardo a quando gli aveva salvato la vita uccidendo il fratello, lei risponde che era stata mandata con la missione di uccidere il fratello, ma che si era offerta volontaria per la missione solo perché essendo la sorella aveva intenzione di discolparlo mentre un altro lo avrebbe semplicemente ucciso, infine dice a Gibbs che per lei lui è la cosa più vicina ad un padre. A fine puntata Ziva è seduta alla sua scrivania all'NCIS.

Matt Burns, un blogger politico che ha accusato l'NCIS di voler insabbiare l'omicidio di un giovane ufficiale della marina (Rod Arnett), viene spinto giù da un ponte. In precedenza il blogger aveva accusato l'ufficiale di Insider trading. L'NCIS, indagando sull'incidente automobilistico che ha ucciso Arnett, ha concluso che si è trattato veramente di un incidente; dopo la morte di Burns, la squadra riapre il caso per riesaminarlo, per scoprire se le dichiarazioni del blogger sono vere. Quando l'agenzia riesuma la salma dell'ufficiale per degli esami, scopre che il corpo è stato trafugato. Indagando, la squadra scopre che Arnett forniva informazioni commerciali al proprietario di una paninoteca con cui non aveva nessun contatto se non quello di prendere il treno insieme la mattina: i due avevano guadagnato due milioni di dollari che si sarebbero spartiti. Dopo la morte di Arnett, spaventato dalle false dichiarazioni pubbliche del blogger, il negoziante gli aveva dato appuntamento in strada e lo aveva ucciso. Ziva dice a Gibbs che si è dimessa dal Mossad e gli chiede di assumerla come agente dell'NCIS, non come agente di collegamento.

Il ritrovamento dei resti del marine Daniel Cryer, effettuato da un peschereccio al largo della costa della Tanzania dà il via ad un'indagine dalla quale emerge che il marine aveva disertato per diventare un avventuriero e che aveva fatto parte di una squadra che il Mossad aveva mandato a scovare il terrorista Saleem Ulman. La posizione dei resti di Cryer e il fatto che la sua morte sia stata causata da colpi di arma da fuoco rendono palesemente falsa la storia raccontata da Ziva David, la quale aveva affermato che la Damocle, la nave sulla quale si era imbarcata con la sua squadra per raggiungere l'Africa, fosse affondata a causa di una tempesta. Usando le coordinate geografiche dei resti di Cryer come guida, l'agenzia riesce a ritrovare la nave e scopre che l'intero equipaggio è stato sterminato a colpi di arma da fuoco. Mentre Vance interroga Ziva per ottenere maggiori informazioni, si presenta alla sede dell'NCIS il capo squadra di Ziva, Malachi Ben-Gidon, per chiedere che Ziva torni sotto il controllo del Mossad. Il direttore Vance acconsente a condizione che Malachi dia loro informazioni su cosa è successo sulla Damocle. Malachi dice che la loro copertura era saltata e quindi erano stati costretti ad eliminare tutti i marinai; afferma inoltre che Ziva ha eliminato Cryer perché era lui che aveva fatto saltare la copertura. Sapute le parole del suo capo squadra, Ziva ribatte che l'assassino di Cryer è Malachi, che ha ucciso il marine senza dargli possibilità di spiegare nulla. A sostegno di ciò c'è il proiettile di Ben-Gidon che ha ucciso Cryer, anche se in realtà si tratta di un proiettile sparato da Abby in laboratorio grazie ad un'idea di Tony per forzare l'agente del Mossad a confessare. Vance rispedisce Malachi in Israele e accetta la domanda di assunzione che Ziva aveva presentato prima che si aprisse il caso Cryer e, come prima cosa, Tony e McGee le rifilano tutto il lavoro di una settimana di Tony, perché nessuno dei due vuole pagare la scommessa che avevano entrambi fatto sull'eliminazione di un virus.

La notte di Halloween la squadra indaga su quello che sembra lo sfortunato suicidio dell'appuntato James Korby, trovato morto nella sua macchina. Si scopre invece che Korby è stato ucciso e i suoi organi sono stati surgelati con dell'azoto liquido. Qualcuno è riuscito a far ingerire l'azoto a Korby e ha mascherato la sua morte da suicidio. Tony è convinto che Sara, la moglie di Korby (tre volte vedova di marine americani), sia coinvolta. Korby, da tutti conosciuto come inguaribile burlone, non era benvoluto nella sua unità. L'autopsia rivela che Korby è stato recentemente avvelenato e picchiato durante una missione. La squadra scopre che il soldato semplice Singer, appartenente alla stessa unità di Korby, ha una relazione con la moglie della vittima. Sara confessa che al momento dell'omicidio stava andando a casa per rompere col marito. Mentre i sospetti convergono su Sara, Gibbs si rende conto che in realtà la colpevole è la figliastra di Sara, Rachel che, per incassare un fondo fiduciario a lei intestato, ha ucciso Korby e tentato di incastrare Sara.

La barca che Gibbs da tempo costruiva nella sua cantina viene ritrovata in un porto militare, con due uomini uccisi a bordo, ex-marines arruolati in una compagnia militare privata. Gibbs aveva lasciato la sua barca a Mike Franks in Messico, che adesso quindi diventa ricercato per duplice omicidio. Franks spiega a Gibbs che ha ucciso i due mercenari per proteggere la sua famiglia: la vedova di suo figlio Leyla e la nipote Amira. Nel corso delle indagini, Abby ha l'opportunità di esaminare la scena del crimine, la fantomatica barca a vela di Gibbs, che farà a pezzi nel suo laboratorio. Cercherà anche di scoprire come ha fatto a farla uscire dalla cantina, ma il mistero rimarrà irrisolto. Riguardo al caso Franks, si scoprirà che i due mercenari erano stati ingaggiati dalla madre di Leyla, Shada, una capo-tribù irachena che vuole riportare la figlia in Iraq. In realtà a uccidere i militari non era stato Franks, ma la stessa Leyla, che spaventata aveva aperto il fuoco con un fucile e successivamente Franks aveva cercato di coprirla sparando con la sua pistola di grosso calibro sui corpi, per prendersi la responsabilità. Nel finale Shada si reca a Washington per parlare con la figlia di persona, ma prima si mette in mezzo Franks. I due dopo un aspro colloquio sembrano appacificarsi e convenire che, per il suo bene, è meglio che Leyla rimanga negli Stati Uniti. Inoltre, il leader della compagnia militare privata viene arrestato per aver operato in Messico, dove l'attività di mercenario è vietata.

Nei pressi di un'accademia navale viene rinvenuto il corpo di un medico ucciso. Eccezionalmente il primo a recarsi sulla scena del crimine è il direttore Vance: le modalità del delitto infatti ricordano una sua vecchia conoscenza, l'affascinante nordcoreana Lee Wuan Kai (conosciuta nell'episodio Nemesi della prima stagione di NCIS: Los Angeles), alla quale dà la caccia da anni. Il team di Gibbs si mette quindi sulle sue tracce. McGee nel frattempo conosce una ragazza, che inizia a frequentare. Presto scoprirà però che si tratta di un'agente segreto che cerca di sfruttarlo per sapere se l'NCIS è riuscita a localizzare Kai. Sarà la stessa Kai ad ucciderla. Nel finale, si scopre che Kai è andata a Washington solo per regolare conti personali, uccidendo tutti coloro che l'avevano addestrata sin da bambina a diventare una spietata assassina. Compiuta la sua vendetta si reca a casa di Vance, chiedendogli di finire il lavoro e ucciderla, cosa a cui provvederà la moglie del direttore.

A causa di un'esplosione a una centrale elettrica l'intero stato di Washington rimane al buio, contemporaneamente la sede di un provider viene preso d'assalto da un gruppo di persone armate, che riescono ad accedere ad una sala di server militari segreti. Una delle persone autori dell'incursione rimane uccisa, si tratta di una marine. La squadra dell'NCIS è dunque chiamata ad indagare su tali strani eventi, senza però poter contare sulle tradizionali strumentazioni elettroniche, venendo così costretti ad operare con metodi antiquati e di conseguenza molto lentamente. Le indagini, senza l'ausilio di computer e senza gli strumenti di Abby, fa comunque il suo corso: si scoprirà presto che la marine non era una complice ma era stata rapita in quanto in grado di aprire la porta di sicurezza che chiudeva la sala dei server militari, dove gli autori dell'incursione hanno sostituito un server in modo da riuscire ad infiltrarsi nel sistema e rubare importanti informazioni segrete. La mente del piano era proprio una delle guardie della struttura vittima dell'assalto. Poco dopo la fine delle indagini l'energia elettrica viene finalmente ripristinata e tutto può ritornare alla normalità anche nella sede dell'NCIS.

Dopo che il corpo di un marine viene ritrovato ucciso in un campo di mais, la squadra inizia le indagini, che, dopo aver escluso l'ipotesi di una vendetta ad opera di una gang, portano nella base di un'intelligence militare che sfrutta "bambini prodigio" per migliorare le tecniche militari. Il marine morto era la guardia del corpo di una delle bambine presenti nella struttura. La bambina in questione nascondeva codici militari segreti in dei college, che poi venivano venduti dalla direttrice della base a società di videogames. Nel frattempo Ducky cerca di convincere tutta la squadra ad essere ospite a casa sua per il giorno del Ringraziamento, riuscendoci.

Un marine recentemente convertitosi all'islam viene ritrovato morto in apparente posizione di preghiera su un parco innevato. Il team dell'NCIS inizia subito ad indagare sulla pista dell'intolleranza religiosa, partendo dal padre, un ex marine ora reverendo. Si scoprirà che il padre era arrivato fino a pagare i colleghi marine di suo figlio purché cercassero di fargli cambiare idea e farlo rimanere di religione cristiana, ma non era arrivato fino ad ucciderlo. Dopo aver scartato anche l'ipotesi che l'aggressore fosse la moglie, che già in passato l'aveva tradito, il colpevole viene identificato nel fratello della vittima, che in un litigio per via della scelta religiosa compiuta dal marine, gli ha sferrato un colpo alla testa con una mazza.

Nel frattempo, Gibbs riceve con l'occasione del Natale, la visita di suo padre, che appare però molto depresso a causa di un recente trauma vissuto: nel suo locale ha ucciso un giovane che stava tentando di rapinarlo. McGee trova il tempo di compiere una buona azione facendo un favore chiesto da Abby e Tony si vede costretto a fare un regalo ad una collega dell'area risorse umane dell'agenzia.

Due ranger trovano il corpo di un marine in un'area di foresta che aveva da poco subito un incendio. Una volta arrivata sul posto, la squadra NCIS scopre che il capitano è morto a causa di una forte esplosione e McGee capisce che a esplodere è stato un jet pack. Durante le indagini McGee si dimostra molto ferrato sull'argomento dei jet pack, dai quali è profondamente affascinato. Intanto una misteriosa donna avvocato intralcia la squadra nel suo lavoro, apparendo improvvisamente ogni volta che tentano di interrogare qualcuno.

In una base aerea della marina, l'autovettura di un principe arabo salta in aria, ma muore solo l'autista, poiché in quel momento il principe era lontano dal veicolo. Gibbs e la squadra dell'NCIS pensano che si tratti di un attentato fallito, poiché la bomba è esplosa prima del previsto. Nel frattempo Tony riceve una visita inaspettata, quella di suo padre, che finirà per il ritrovarsi coinvolto nelle indagini a causa della sua amicizia con la famiglia reale del principe.

Tony e Ziva si recano a Parigi per scortare nel viaggio di ritorno verso gli Stati Uniti una donna testimone chiave in un caso di corruzione. Il viaggio sembra procedere come previsto, finché il resto della squadra dell'NCIS non comunica loro che un killer assoldato per uccidere la donna potrebbe essere a bordo. Dopo aver sospettato di un agente federale presente a bordo, scoprono che ad essere coinvolti sono gli assistenti di bordo. Gibbs e McGee nel frattempo scopriranno che il mandante in realtà è il fidanzato della donna.

La squadra dell'NCIS si ritrova in una corsa contro il tempo per prevenire l'esplosione di alcune bombe sporche ad opera di un gruppo di terroristi sudamericani. L'avvocatessa del colonnello Bell Allison Hart cerca di ostacolare gli uomini di Gibbs, assumendo le difese di uno degli indiziati, ma la squadra riuscirà comunque a svolgere le indagini e scoprire che in realtà non è coinvolto nessun gruppo terroristico nella minaccia di attentati, ma si tratta di una messa in scena ad opera di una società militare privata che vuole mettere pressione sul Congresso per l'approvazione di un finanziamento di milioni di dollari.

Gibbs e la sua squadra indagano sull'omicidio di un marine. In seguito la squadra individua una pista, riguardante alcuni traffici di autotrasporti illegali. Per risolvere la faccenda, Gibbs e la sua squadra collaborano ancora una volta con l'agente speciale Fornell dell'FBI.

L'unica testimone in un caso d'omicidio è Joanne Fielding, ex suocera di Gibbs e madre della sua prima moglie, Shannon. Per l'agente speciale è un duro colpo, ma le indagini del team rivelano che la donna potrebbe non essere solo un testimone...

L'NCIS indaga sull'aggressione ai danni di un marine, il quale era stato dato per disperso in una missione in Afghanistan sei anni prima. Durante le indagini, Gibbs e la sua squadra scoprono che l'uomo era fuggito dall'Afghanistan con un'ingente somma di denaro appartenente ad un criminale, e che conduceva da tempo una doppia vita.

Dopo il ritrovamento del cadavere di un marine la squadra è costretta a collaborare con l'agenzia CGIS. Le indagini porteranno alla scoperta di una truffa per avere i soldi di un tesoro sommerso.

La squadra riesce a collegare la morte di un ufficiale della marina ad una ragazza squillo e deve far ricorso all'aiuto di Holly Snow per trovare il colpevole.

Dopo la morte di un marine e di un pentito che stava per andare nel programma protezione testimoni la squadra di Gibbs si ritrova a indagare sul luogo del secondo lavoro della specialista del poligrafo dell'NCIS. Mentre Gibbs e l'agente dell'FBI Fornell stanno parlando con la ragazza c'è un'esplosione in cui muoiono tutti i lavoratori. Così l'unica sopravvissuta diventa una possibile sospettata.

Indagando su un omicidio, il team è alla ricerca sia dell'assassino che della sorella del defunto, una nota giornalista, che risulta scomparsa. In particolare Tony sembra ossessionato dalla donna tanto da far dubitare dell'obiettività del suo giudizio.

Nella ricerca di un serial killer, il team s'imbatte in una sorta di guerra tra boss della droga. Intanto McGee accompagna Abby in Messico dove è stata invitata come consulente scientifica.

Gibbs e i suoi sono alle prese con l'omicidio di un'agente dell'NCIS, un'agente che Gibbs conosceva molto bene. Intanto Abby è tormentata dalla verità che ha scoperto sul conto di Jethro e non sa come agire in merito.

Gibbs deve affrontare le conseguenze delle sue azioni e ancora una volta si reca in Messico dove è costretto a prendere una decisione che avrà grosse ripercussioni sulla sua vita.

La puntata si apre con Paloma Reynosa che tenta di uccidere Gibbs Senior a Stillwater. Alcuni mesi dopo la squadra di Gibbs è sparsa per il mondo: McGee in Canada che controlla il fronte per possibili incurisoni della Reynosa, Ziva sta a Miami perché si pensa che Paloma Reynosa passerà dalla Florida per arrivare in Canada creando un canale della droga, Tony segue Gibbs a Washington. Presto si scoprirà che Paloma sta solo giocando al gatto e al topo: in realtà vuole solo raccogliere informazioni su Gibbs lasciandogli nello stesso tempo numerosi messaggi di morte, avvicinandosi progressivamente a casa sua dove suo padre è tenut sotto protezione. La puntata prosegue tra giochi di potere tra Alejandro Rivera, Gibbs e Paloma finché grazie ad un astuto piano di Jethro la puntata avrà un tragico epilogo, infatti Paloma verrà uccisa dal suo stesso fratello, che crede che nella casa ci sia Jethro e non sua sorella. Nella scena finale si vede Vance che archivia la relazione di Abby su Gibbs in un luogo dove nessuno lo troverà, e, mentre si avvia all'uscita, riceve un misterioso sms da Eli David, direttore del Mossad, su cui c'è scritto "l'ho trovato".

L'NCIS indaga sulla sparizione di una bambina da una base marine a Quantico. Il nonno della ragazza complica le indagini di Gibbs e i suoi uomini. Gli indizi riguardanti una scia di omicidi conducono proprio all'uomo, il quale confessa di aver fatto parte di una operazione condotta al di fuori della catena di comando. Qualcuno si sta servendo del rapimento della nipote allo scopo di farlo uscire dal suo ritiro e regolare così tutti i conti del passato. Gibbs organizza l'ennesimo bluff. Intanto, tre tirocinanti sono assegnati ai membri della squadra NCIS. Abby è preoccupata dal momento che l'ultimo tirocinante ha tentato di ucciderla. McGee ha a che fare con un giovane che non sembra essere interessato al lavoro sul campo, mentre Ducky sembra trovarsi a suo agio con la sua nuova allieva.

L'NCIS risponde a una chiamata di emergenza dopo che Heather Dempsey, un artificiere della Marina, spara e uccide un intruso in casa sua. Dempsey inizialmente non collabora alle indagini, ma appare sempre più evidente che non era sola al momento dello scontro. Lo sconosciuto si rivela essere un importante funzionario dell'FBI con cui la marine ha una relazione, mentre l'intruso in realtà era un assassino venuto ad uccidere uno dei due. Successivamente la nostra squadra scopre che il fratello di Dempsey è stato colpito e paralizzato da un uomo in una guerra tra bande a cui è stato messo in custodia protettiva in cambio della sua testimonianza; utilizzando l'amante, Dempsey riesce a rintracciarlo per vendicarsi, ma Gibbs la fermerà in tempo.

A bordo di una nave inglese della Royal Navy viene ritrovato il corpo senza vita di un guardimarina americano. Gibbs e la sua squadra vengono chiamati ad indagare, ma le complicazioni iniziano quando qualcuno cerca di arrivare alla nave prima dell'NCIS. Scoprono che il marine defunto era coinvolto nella consegna di una grande quantità di denaro della CIA, utilizzati per pagare i signori della guerra e dittatori in Afghanistan; tuttavia i soldi sono scomparsi. In un primo momento, il team sospetta che l'ufficiale di collegamento della Royal Navy sia il responsabile, ma presto scoprirà che in realtà è un agente MI6, incastrato per il furto. Con il suo aiuto, riusciranno a rintracciare il vero colpevole.

La squadra indaga sulla morte di un DJ radiofonico e un ufficiale di marina che sono stati entrambi uccisi in diretta. Durante la ricerca dell'assassino, scoprono un grande gruppo nazionale terroristico composto principalmente da proprietari di case benestanti che vivono in un esclusivo quartiere residenziale per ricchi chiuso. I componenti del gruppo credono che l'America dovrebbe spendere più soldi per difendere se stessa piuttosto che impiegarli in guerre all'estero. Gibbs cerca di arrestare tutti i soci, ma scopre che il gruppo ha piazzato una bomba in una partita di softball frequentato da numerosi politici di alto profilo per destare clamore. La nostra squadra riesce all'ultimo momento ad evacuare la folla prima che la bomba esploda.

Tony e colleghi si occupano dell'omicidio di una scienziata della Marina. Per qualche motivo Abby sembra essere ossessionata da quest'indagine e McGee, come il resto della squadra, comincia a preoccuparsi di questo interessamento. Nel frattempo anche Tony conosce le sue disavventure. La sua nuova fiamma, infatti, gli crea non pochi problemi facendolo travestire per Halloween.

Quando si verifica un omicidio di un ex comandante della Marina, Gibbs si imbatte in un pezzo di una vecchia bomba nucleare che era stato perso durante la Guerra Fredda, ora ritrovato da una compagnia navale privata che vuole rivenderla al mercato nero. Dato che la vittima aveva collegamenti con il padre di Tony, lo rintracciano per interrogarlo. Alla fine, con gran fastidio di Tony, Gibbs recluta DiNozzo Senior, il quale usando i propri contatti dovrà infiltrarsi in una festa privata a cui parteciperanno alcuni trafficanti d'armi.

Il padre di Ziva, Eli David, è a Washington per partecipare a una conferenza dell'NCIS. Nel frattempo dei contrabbandieri vengono trovati cadaveri nelle acque dei Caraibi. Si scopre che ad ucciderli sono stati dei terroristi palestinesi che danno la caccia proprio al padre di Ziva e che usavano quella nave per entrare clandestinamente negli Stati Uniti. DiNozzo, McGee, Ziva e un paio di agenti del Mossad sono incaricati di proteggere Eli David. L'episodio si conclude con l'apparente fallimento dell'attentato alla conferenza, e con Vance e David che vengono mandati in una casa sicura. Gibbs tuttavia non riesce a contattare Hadar via radio. (Si tratta della prima parte di un episodio doppio).

Gibbs arriva al rifugio segreto trovandolo semidistrutto; Hadar è morto, Vance gravemente ferito mentre Eli risulta disperso. Alla fine, la squadra rintraccia Eli, che si era nascosto per eludere i suoi assassini. Deducono che l'uomo che ha piazzato le bombe sia all'interno dell'NCIS e che in realtà voleva uccidere Vance. L'attentatore si rivela essere Riley McCallister, il capo della sezione NCIS di San Diego, poiché in passato Vance ed Eli gli hanno rovinato la sua scalata al posto di direttore e tenta di ucciderlo dandogli una dose letale di morfina, ma Vance riesce a ferirlo a morte con un coltello. Prima di ritornare in Israele, Eli si riconcilia con Ziva.

Il team dell'NCIS indaga sulla sparizione di un Sottufficiale di Marina che è l'unico testimone in un processo per omicidio. Nel frattempo, Ziva e McGee cercano di scoprire il motivo dello strano comportamento di Tony.

Gibbs, assieme all'agente del Servizio Investigativo della Guardia Costiera (CGIS) Abigail Borin, deve indagare sull'omicidio di un primo tenente dei marines avvenuto durante una cena su uno yacht. La squadra viene a sapere che la vittima era l'erede di un'importante società con contratti milionari con l'esercito, e aveva intenzione di trasformarla in una organizzazione no profit. Mettendo insieme gli indizi, la squadra scopre che la morte della vittima è stato il risultato di una cospirazione tra la sorella, l'avvocato della famiglia, e il CFO della società.

Un reclutatore viene ucciso in una scuola superiore, spingendo Gibbs ad indagare. La squadra scopre l'omosessualità del sottufficiale, portando Gibbs a classificare l'omicidio come un crimine razziale. Il predecessore di Ducky presso l'Ncis, il Dr. Magnus (Bob Newhart), si unisce al team. La squadra rintraccia molti sospetti, ma alla fine l'assassino si rivela essere il padre di uno degli studenti di cui il sottufficiale era confidente. Il padre credeva che il sottufficiale volesse una relazione con suo figlio, ma non si era reso conto che stava solo cercando di aiutarlo con la sua omosessualità. Nel frattempo, Magnus rivela il vero motivo della sua visita: egli è affetto dal morbo di Alzheimer e sperava che tornando all'Ncis lo avrebbe aiutato a ritrovare i suoi ricordi. Per aiutare Magnus, Ducky gli dà una raccolta di immagini di tutte le persone che Magnus aveva aiutato durante la sua permanenza in Ncis.

La squadra indaga sull'omicidio di un marine trovato picchiato a morte nel cortile di casa sua. Scoprono la moglie Marine (Christina Cox) veniva pestata regolarmente dal marito senza che lei reagisse mai per amore di suo figlio; inoltre quest'ultimo aveva una relazione con un'altra donna. Si trovano numerosi sospetti, ma alla fine si scopre che l'assassino è un proprietario di un bar, con cui la moglie del marine aveva avuto una relazione in passato. Nel frattempo, McGee è vittima di un furto di identità; infatti qualcuno inizia a utilizzare la sua carta di credito per comprare vari oggetti costosi. Tony rintraccia e scopre chi è il ladro, che si rivela essere il figlio della padrona di casa di McGee. Il ragazzo dice di aver rubato l'identità di McGee perché vedeva che era troppo noioso e che non si concede mai tempo per godersi la vita. Insieme, Tony e il ragazzo riescono a convincere McGee a venire con loro a comprare videogiochi.

L'NCIS investiga sulla morte di un comandante di una nave militare, trovato morto nella sua stanza, apparentemente ucciso. Nel frattempo Gibbs e il suo team vengono valutati psicologicamente dalla dottoressa Rachel Cranston che in seguito si scoprirà essere la sorella maggiore dell'agente Kate Todd. Si scopre che il comandante si è suicidato, poiché era ormai vicino al pensionamento obbligatorio e non aveva altra vita all'infuori della Marina; così i suoi colleghi avevano mascherato il suicidio in segno di rispetto per lui.

All'NCIS viene assegnato il compito di proteggere la figlia del ministro della difesa di Belgravia, dopo che un attentato alla vita di quest'ultimo viene sventato grazie al sacrificio di un marine. La ragazza sembra prendersi una cotta per McGee, ma viene improvvisamente rapita da due aggressori armati. Furioso per il loro fallimento, Vance ordina alla squadra di ritrovarla entro 48 ore o McGee e DiNozzo verranno allontanati dall'NCIS. La squadra scopre che Adriana, che è sempre stata in disaccordo con le politiche del padre, ha organizzato il suo rapimento con l'aiuto di un professore universitario e di un suo compagno di studi per fermare la firma di un trattato tra Stati Uniti e Belgravia. Tuttavia, quest'ultimo diventa avido e decide di tenerla a scopo di estorsione. Fortunatamente, il team è in grado di salvarla, ma non sono in grado di arrestarla per il suo ruolo nel complotto per l'immunità diplomatica.

La scoperta di alcuni denti estratti e di dita smembrate in una borsetta appartenenti a un Marine costringono l'NCIS a intervenire. Mentre la squadra cerca di rintracciare il killer, un investigatore di una società di sicurezza elettronica viene incaricato di rintracciare la fonte di una serie di attacchi informatici provenienti dai computer dell'NCIS. Questo rende nervoso McGee, poiché è regolarmente entrato illegalmente nei computer del governo agli ordini Gibbs per risolvere i vari casi. La squadra riesce a rintracciare Maxine, la fidanzata del Marine morto, grande amante dei videogiochi ed esperto di computer. Comincia a prendere in simpatia McGee, anche se lui cerca di mantenere le distanze per via di un oroscopo sfavorevole. Lei racconta di aver casualmente scoperto una sorta di codice cifrato in un MMORPG: si rivela essere un programma in grado di hackerare i firewall del Pentagono, azzerando tutti i dati dei server governativi. La squadra rintraccia il programmatore responsabile, ma viene trovato morto, nelle stesse circostanze del marine. Gibbs e McGee capiscono che l'investigatore arrivato in precedenza è dietro alle uccisioni, dal momento che le notizie di una tale minaccia alla sicurezza americana avrebbe rovinato la sua carriera. Il programma si attiva, ma un attimo prima che penetri completamente le difese informatiche del Pentagono Gibbs lo ferma a modo suo. Più tardi, Dinozzo manipola gli eventi, in modo che McGee cominci ad uscire con Maxine.

Si scopre che un ex assistente-investigativo dell'NCIS, trovato brutalmente pugnalato a morte, vendeva i dettagli su come rubare un magazzino pieno di beni preziosi. La nostra squadra apprende che il magazzino contiene oggetti sequestrati ad un ex ufficiale della Marina (JoBeth Williams), condannata per aver truffato migliaia di risparmiatori utilizzando uno schema Ponzi e trasferendo i soldi in conti esteri, non ancora rintracciati dalle autorità. Mentre indaga sul magazzino, la squadra scopre che è stato rubato un misterioso oggetto da uno scomparto segreto della scrivania appartenuta all'ex-ufficiale. Per trovare l'assassino, Gibbs fa un patto con quest'ultima promettendole gli arresti domiciliari in cambio della sua identità. Alla fine di dimostra essere una manovra di Gibbs per attirare fuori il vero assassino, l'ultimo di una banda di ladri che ha perso i suoi soldi cercando di riciclarli attraverso conti dell'ufficiale. Questa, una volta arrivata a casa, recupera l'oggetto misterioso, che altro non è che il suo taccuino contenente i conti bancari dove ha nascosto i soldi e scappa per sfuggire all'assassino, violando così gli arresti domiciliari. Gibbs e Ziva arrivano sul posto, arrestando sia il killer e l'ufficiale e al tempo stesso ricevendo le prove di cui avevano bisogno per mandarla in prigione a vita. Nel frattempo, causa tagli di bilancio personale NCIS, la squadra operativa di stanza in Spagna viene trasferita a Washington DC. Tony si infatua subito del leader del nuovo team, un'avvenente donna cui è stato dato l'incarico dopo che Tony lo rifiutò quando il direttore Shepard glielo offrì, la quale sembra ricambiare.

Il direttore Vance assegna a Gibbs il caso di un tossicodipendente adolescente accusato di parricidio; tuttavia il crimine è ormai compiuto da due settimane, e le indagini della polizia sembrano portare alla sua colpevolezza. Le circostanze dell'omicidio lasciano Gibbs perplesso fin dall'inizio: quando l'NCIS comincia a trovare delle incongruenze nelle indagini crede all'innocenza del ragazzo, aumentando così i contrasti con Vance. Ma la verità non è mai come sembra.

Un messaggio (the bird song, il canto dell'uccello) di un ufficiale della marina deceduto, legato all'Intelligence della Difesa, guida il team di Gibbs alla ricerca di un manoscritto contenente informazioni su una operazione militare anti-terrorismo. Mentre la squadra indaga trovano il corpo di un agente dell'Fbi assassinato, e scoprono che entrambe le vittime erano coinvolte nella scrittura del libro. Quando dei funzionari dei servizi segreti della Marina cominciano a distruggerne tutte le copie esistenti, Gibbs è costretto a rintracciare l'anonimo autore, il quale permette la cattura del trafficante d'armi che aveva rubato un carico durante la missione, anche se alla fine non risulta essere lui, anzi lei, l'assassino.

L'assassinio di un marinaio dirotta le attenzioni sul serial killer dei porti, inducendo il direttore Vance a creare una task force composta dalle squadre di Gibbs e dell'agente speciale Barrett, con quest'ultima designata come capo investigatore. Nel frattempo, il team incontra Ray Cruz, il nuovo ragazzo di Ziva. Invece di dare il benvenuto a Ray, Tony lo tratta con freddezza. L'episodio si conclude con Ziva e DiNozzo in un bar, dove si trovano un bulbo oculare umano che galleggia nel gin tonic offerto da un avventore non identificato.

Il team di Gibbs indaga sulla morte di un agente della marina il cui omicidio sembra essere stato registrato da una camera di sicurezza. Nel frattempo, il team dell'agente Barrett continua a investigare sugli omicidi del killer dei porti.

Il passato di DiNozzo come detective della polizia di Baltimora e le sue origini come agente vengono esplorate quando il suo vecchio partner alla polizia di Baltimora viene trovato morto nella sua abitazione. Il team collega il suo omicidio al killer dei porti per scoprire che l'omicidio era opera di un emulatore che aveva scoperto che il collega di DiNozzo aveva capito che era stato lui a commettere un omicidio molti anni prima, negli anni in cui Tony era un detective della polizia in un caso durante il quale Gibbs e DiNozzo si conoscono per la prima volta.

L'NCIS viene posto in massima allerta quando viene provato che il killer dei porti si è infiltrato nell'agenzia.

Il killer dei porti continua l'assalto contro i team di Gibbs e Barrett.

Il Segretario Jarvis assegna a Tony il compito di investigare sulla morte di un Capitano della Marina trovato con un'incisione sul braccio. Dopo che Ducky scopre dalle riprese della sicurezza EJ Barrett rimuovere un microchip dal cadavere dell'Agente Speciale Gayne Levin, i sospetti cadono su di lei. L'MCRT inizia a sospettare che EJ sia il bersaglio delle indagini di Tony, ma EJ confida a Tony che Levin le ha chiesto di rimuovere il microchip. La squadra apprende che i microchip consentono l'accesso a Flotte della Marina classificate, conosciute come le 'Guardiane'. Tony viene adescato a un incontro con EJ e il suo compratore, che si rivela essere l'altro membro della squadra di Barrett e l'obiettivo delle indagini di Tony, l'Agente Speciale Simon Cade. Durante l'incontro, sparano a tutti e tre. Cade rimane ucciso, Tony perde conoscenza e Barrett scompare. Mentre Tony ricorda l'evento, capisce che sono stati ingannati dal cecchino, un agente dell'FBI in combutta con il Direttore delle Operazioni Speciali dell'Ufficio dell'Intelligence della Marina, che ha messo i microchip all'asta.

Un Marine di nome Thomas Hill collassa al suo party di ritorno, essendo stato drogato e pugnalato prima del suo arrivo. Mentre l'NCIS inizia a scavare nel suo passato, scoprono che la sorellastra adottata da Hill è una truffatrice di 27 anni che scappa dalle famiglie affidatarie poco prima del "diciottesimo" compleanno. Le prove conducono la squadra allo zio, colui che muove i fili, che ha ucciso Hill quando ha scoperto l'inganno. Nel frattempo, Tony inizia a sentirsi in colpa per le sue prepotenze durante i suoi anni scolastici, e chiede aiuto a McGee per fare ammenda. Però, alla fine dell'episodio, viene rivelato che era Tony la vittima dei bulli e non l'aguzzino.

All'NCIS viene assegnato il caso di Paul Booth, un tenente della Marina trovato con il biglietto da visita di McGee risalente ai suoi anni a Norfolk. Booth era un amico della nonna di McGee, Penelope Langston, che ha sviluppato un progetto di ricerca militare conosciuto come Principio ANAX prima dello scoppio della Guerra del Vietnam. Il Principio ANAX venne chiuso per quattro decadi prima di essere riavviato. Vengono usati bruchi nutriti in modo particolare per creare un morbo creato geneticamente. Il killer di Booth si scopre essere Max Ellswood, uno dei ricercatori originali del Principio ANAX, che ha ucciso il tenente quando questi ha deciso di rivelare il progetto alla stampa. Alla fine dell'episodio McGee e sua nonna parlano di quanto Gibbs ricordi loro il padre di McGee. McGee alla fine decide di chiamare suo padre con cui non parla da sette anni. Intanto, Jimmy Palmer è alle prese col suo imminente matrimonio.

Al team viene affidato il compito di proteggere un ufficiale della marina la cui vita è in pericolo. Nel frattempo, Abby si offre di donare un rene e rivela un segreto di famiglia.

L'NCIS, indagando su un caso d'omicidio con la Guardia Costiera, scopre una famiglia libanese intenzionata a chiedere asilo politico.

L'NCIS indaga su una strana morte avvenuta per sovraidratazione.

Quando il terzo marito di Diane Sterling scompare misteriosamente, la donna chiede aiuto ai suoi due ex-mariti, Gibbs e Fornell, per ritrovarlo.

L'NCIS indaga sullo schianto di un aereo di trasporto che riportava negli Stati Uniti tre corpi di militari trucidati. Le indagini si complicano dopo alcuni risultati inspiegabili del test del DNA. Si scoprirà di un'esplosione in una scuola provocata da una maestra che poi si impiccherà in cella.

Le indagini dell'NCIS sullo schianto aereo portano Gibbs e Ziva in Afghanistan. Dove devono ritrovare una marine che si scopre essere sopravvissuta all'esplosione con 2 bambine, che sono state catturate dagli insorti mentre cercavano di scappare.

Anthony DiNozzo Sr., tornato a Washington per affari, finisce con il ritrovarsi in stato di amnesia nella stessa auto di una vittima di omicidio.

Dopo l'assassinio di un capitano della marina, la squadra viene incaricata di trovare e proteggere la sua ragazza incinta. Nel frattempo Jimmy Palmer incontra il padre della fidanzata Breena.

Le indagini dell'omicidio di un Comandante della Marina conducono la squadra a E.J. Barrett.

L'NCIS indaga sulla morte di un tenente della Marina il cui corpo viene ritrovato in un cantiere. Intanto, Ray Cruz ritorna e chiede a Ziva di sposarlo.

Qualcuno spara a Gibbs mentre sta bevendo un caffè in un bar. Dopo lo sparo lui vede Mike Franks che gli fa fare "un viaggio nel passato" facendogli vedere come sarebbe andata la sua vita se avesse fatto azioni diverse, facendogli osservare le persone sia vive che morte, tra cui Kate, Shannon e Kelly.

La squadra dell'NCIS, dopo aver rinvenuto il corpo senza vita di un capitano della Marina, sotto la cui uniforme è nascosto un insolito costume, si trova ad indagare nel mondo di supereroi mascherati che, in un gruppo simile a vigilantes, ogni giorno combattono i criminali. Collabora nell'indagine della squadra dell'NCIS la giornalista Wendy, ex compagna dell'agente Anthony Dinozzo.

Un ex marine di alto livello muore in circostanze dubbie. Il fiuto di Gibbs lo spinge ad indagare più approfonditamente per scoprire la verità dietro quello che sembra un suicidio. Nelle indagini si ritrova faccia a faccia con la Dottoressa Samantha Ryan, membro della PsyOps Division. Intanto DiNozzo discute con McGee per le retribuzioni in busta paga.

L'assassinio di un marine mette a rischio una spedizione top-secret di un laboratorio di ricerca della Marina. L'assassino, catturato dalla Squadra dell'NCIS viene scoperto essere collegato ad un traffico internazionale di armi. Alla squadra intanto si aggiunge l'agente in prova Ned Dorneget che cerca di imbonirsi il “capo” Leroy Jethro Gibbs, sperando di riuscire ad unirsi in via definitiva alla squadra. Gibbs non pare però cedere alle lusinghe…

Ancora Gibbs e la Dottoressa Samantha Ryan collaborano alle indagini su una fuga di informazioni altamente segrete, probabilmente fuoriuscite dall'interno della Marina.

Un parente stretto del direttore dell'N.C.I.S. Vance viene sospettato per l'omicidio di un cadetto della marina. Toccherà all'agente speciale Leroy Jethro Gibbs e alla sua squadra dell'NCIS cercare di comprendere perché il congiunto del direttore sia coinvolto e per quale motivo.

Un marine viene assassinato e Tony DiNozzo e Ziva David ricevono l'incarico per le indagini. Durante le indagini vengono a collaborare con una vecchia amica di Ziva in Colombia. Con lei cercheranno un Tenente e un cappellano di Marina. Intanto il patologo praticante Jimmy Palmer decide chi sarà il testimone per il suo matrimonio, ovvero Abby.

In un magazzino della Marina scoppia un violento incendio ed il contenuto viene praticamente incenerito. Nell'ispezione dopo il rogo vengono rinvenuti nelle macerie alcuni documenti importanti della Marina, che risultavano essere scomparsi. La sicurezza nazionale è in pericolo. Mentre l'NCIS si avvale nelle indagini dell'aiuto della polizia di Baltimora, Tony incontra un ragazzo che aveva salvato da un incendio da ragazzo.

Ancora un incendio. Questa volta divampa a bordo di una nave della marina. Nel corso dell'indagine la squadra dell'NCIS acquisisce importantissime prove di un pericolo che potrebbe mettere a rischio l'intera Marina degli Stati Uniti. Intanto Tony DiNozzo e Ziva sono diretti in Italia a bordo di una nave della marina quando su di essa viene scoperta una bomba nascosta. Alla fine l'incendiario viene catturato e confessa il nome del mandante: Harper Dearing, un grosso industriale. Alla fine dell'episodio Gibbs appende la foto del ricercato alla parete dei criminali dell'NCIS, più precisamente sopra quella di Osama Bin Laden, e mobilita tutti gli agenti dell'NCIS per catturarlo.

La Marina degli Stati Uniti è nel mirino dei terroristi. Durante le indagini per scoprire quali segreti siano in loro possesso viene ritrovato nella bocca di un agente in prova, nascosto in un dente, un microcomponente in grado di rendere vulnerabili ad attacchi informatici i potenti computer della Marina. Jimmy Palmer, intanto, in procinto di sposarsi è alle prese con la festa per l'addio al celibato.

L'NCIS è ancora alle prese con le indagini per scoprire chi sono i terroristi che minacciano seriamente la Marina statunitense. La squadra dell'NCIS è ormai sulle tracce del capo dei terroristi, ma non riesce a localizzarlo. L'importanza delle indagini coinvolge tutti i componenti dell'NCIS e perciò viene suggerito a Jimmy Palmer di spostare la celebrazione delle sue nozze in un luogo più vicino. Durante il rito una potente bomba esplode di fronte al quartier generale dell'NCIS. Tutti vengono coinvolti dalla deflagrazione, tranne il dottor Mallard che apprende la notizia sulla spiaggia dove passeggiava dopo le nozze di Palmer. Sconvolto, viene colto da infarto e si accascia sulla sabbia.

Dopo l'attacco terroristico nel cuore dell'arsenale della Marina, con cui si è conclusa la precedente stagione, la squadra di Gibbs conta le perdite. L'agente speciale Leroy Jethro Gibbs è alla ricerca di vendetta perché l'attentatore, Harper Dearing, «ha fatto del male alla [sua] famiglia». L'uomo viene infine raggiunto da Gibbs nell'abitazione dove aveva cresciuto il figlio defunto. Dearing muore ucciso da Gibbs, quando pare che voglia sparare a quest'ultimo. Ducky, in convalescenza dopo un infarto, ritorna a Washington DC, da cui si era allontanato per partecipare al matrimonio del suo assistente, Palmer.

Abby è torturata dagli incubi. Uno psicologo della marina è stato incaricato di sottoporre la squadra di Gibbs ad una valutazione psicologica post trauma per via dell'attentato alla sede dell'NCIS. Una addetta all'armeria, Margaret, scomparsa dall'evacuazione il giorno dell'attentato, viene ritrovata in fondo a un lago nella sua macchina, assassinata. Gibbs e la squadra lavorano al caso mentre un irascibile Vance cerca di riportare tutto ossessivamente com'era prima dell'esplosione Le ricerche conducono dopo una falsa pista all'armeria, ma non sarà esattamente lì che il caso troverà una definitiva soluzione. Ducky darà il suo contributo alle ricerche del caso finendo poi per arrabbiarsi con Palmer ed abbandonare la sala autopsie molto stizzito. Abby invece, sullo sfondo di questa storia, per trovare pace dagli incubi, viene convinta da Gibbs a ricontattare il fratello biologico: ciò la aiuterà a riappacificarsi con se stessa e con i suoi incubi.

Il dottor Mallard ordina la riesumazione di un comandante della Marina, il cui corpo era stato protagonista di un caso di dodici anni prima, mentre la squadra è impegnata nelle indagini della morte recente di un marine. La squadra scoprirà presto che i due casi sono direttamente collegati.

La squadra è chiamata per il ritrovamento di tre componenti di un equipaggio di un elicottero ipoteticamente precipitato. Il quarto componente dell'equipaggio è ancora disperso. Grazie all'aiuto dell'agente Borin la squadra di Gibbs capisce che possa esserci qualcos'altro sotto alla "sparizione" dell'elicottero. Durante le ricerche dei resti del velivolo Tony e McGee ritrovano il cadavere del pilota assassinato con un colpo in testa. La trama si infittisce quando uno dei tre superstiti possiede l'arma che sembra essere quella del delitto.

Un sottufficiale assassinato a colpi di pistola viene ritrovato nella Ferrari di un miliardario. Gibbs e la sua squadra riescono a rintracciare la pistola usata per l'omicidio in un banco dei pegni locale, e Gibbs trova una Medaglia d'Onore del Congresso in mostra, nonostante il fatto che la vendita della medaglia è illegale. Il proprietario del negozio rivela che ha comprato la medaglia da un veterano anziano che aveva bisogno di soldi; Gibbs scopre che il precedente proprietario era Leroy Jethro Moore, un caro amico di suo padre. Scopre da suo padre che LJ ha permesso alla madre di Gibbs di suicidarsi per overdose di droga al fine di porre fine alla sua sofferenza da cancro terminale , cosa che il padre di Gibbs non gli aveva mai perdonato. Ulteriori indagini rivela che il defunto sottufficiale ha lavorato part- time come cameriere, e ha rubato l'auto sportiva per una piacevole gita. Il gruppo rintraccia l'assassino, uno studente universitario locale. Il suo vero obiettivo era il proprietario effettivo della vettura, il quale ha rubato una sua idea per una rete di filesharing, e il sottufficiale è stato ucciso per errore. Nel frattempo, il padre di Gibbs e LJ si incontrano per la prima volta dopo anni, e Jethro li convince a porre fine alla loro faida, sottolineando che tutti e tre hanno condiviso un terreno comune nel loro amore per la madre Gibbs. Suo padre e LJ infine si riconciliano e rinnovano la loro amicizia. LJ decide anche di tornare a Stillwater, ora che la faida è finita.

Un tenente della marina tornato in patria dal Medio Oriente viene ritrovato assassinato e il team interroga l'amico della vittima, il capitano Joe Wescott. Gibbs si rende conto che il capitano soffre di PTSD ma sa anche che la sua esperienza oltremare può svelare dettagli importanti collegati all'omicidio.

Gibbs continua a lavorare con il Capitano Wescott per aiutare il team a catturare un terrorista. Abby è presa dall'aria di festività con l'arrivo del Giorno del Ringraziamento. Tony scopre che Ziva sta organizzando una serata speciale.

Il team sta indagando sul rapimento di una ragazzina e Ziva ed Abby lavorano a stretto contatto con l'unico testimone presente durante l'aggressione. Gibbs chiede aiuto a Miranda Pennebaker, una donna con agganci in ogni ambiente ma dalla morale discutibile. Tony intanto è geloso quando scopre che Ziva sta facendo dei piani per uscire con un uomo misterioso.

Gibbs collabora con l'agente Fornell, dopo che quest'ultimo è sfuggito ad un tentato omicidio, per sventare una truffa finanziaria in cui sembra coinvolta Diane, ex moglie dei due agenti, che però è un'ispettrice del Dipartimento del Tesoro che sta indagando sotto copertura.

Indagando su la morte del marito di un marine, viene a galla una truffa alla zecca di milioni di dollari; intanto in occasione del Natale il padre di Tony arriva a Washington.

Durante una battuta di pesca un padre e un figlio ritrovano il corpo di un ufficiale della marina. Nel frattempo il direttore del Mossad, Eli David, giunge segretamente a Washington, apparentemente per ricucire il rapporto con Ziva. La stessa Ziva informa Gibbs che suo padre è in città e che non ne sa il reale motivo. Gibbs e il direttore Vance intercettano Eli e Ziva vicino all'Hotel dello stesso Eli dove questi presenta ai tre un suo amico d'infanzia dei VEVAK (servizi segreti iraniani) con il quale Eli intende collaborare per la pace in medio oriente. L'indagine sull'omicidio del militare, porta al padre di Ziva, che ne riconosce gli abiti in una foto.Temendo che il padre non sia a Washington per lei, ma solo per affari e sapendolo colpevole dell'omicidio Ziva gli chiude ogni possibilità di ricucire il loro rapporto. Come "ultima" richiesta Eli David chiede a Ziva di cenare con lui a casa del direttore Vance. Durante la cena Eli David e Jackie, la moglie del direttore Vance, vengono colpiti da una raffica di mitra mentre sono riuniti tutti a tavola. Ziva insegue l'omicida, aiutata da Gibbs che nel frattempo l'ha raggiunta; l'uomo si suicida però prima di rivelare qualsiasi informazione. Eli è morto sul colpo mentre Jackie muore dopo una lunga operazione.

Dopo la morte di Eli David direttore del Mossad, la figlia Ziva viene condotta a Casa di Tony per proteggerla, mentre gli altri indagano per trovare Bodnar, il killer che ha ucciso (così si sospetta per certo) il direttore del mossad. Anche la moglie del direttore Vance viene coinvolta nella sparatoria e muore il che porta il direttore a un ritiro momentaneo, al suo posto vi è il Vice Direttore Craig.

Viene trovata una macchina in fondo ad un burrone con dentro un uomo e una donna. Gibbs e la squadra indagano e all'apparenza sembra un incidente, ma le prove e gli indizi raccolti dimostrano che si è trattato di un duplice omicidio. Riaffiorano le insicurezze di Abby mentre torna con la memoria al suo primo insuccesso.

La squadra cattura un hacker professionista, secondo della lista dei cyberterroristi più ricercati d'America e responsabile di un attacco informatico al MTAC, provocando la morte di un agente sotto copertura. La squadra è interessata ad interrogarlo per il collegamento con un altro hacker che è identificato solo come " MC ". Analizzando il computer dell'hacker, Ziva e Di Nozzo esplorano un magazzino e trovano le prove di una bomba contenente il virus ebola. Per far parlare l'hacker, Ziva e Di Nozzo lo trasferiscono a Guantanamo Bay, nel tentativo di intimidirlo, minacciando di metterlo con i terroristi che in precedenza aveva tradito. Tuttavia, una volta arrivati, la sicurezza del carcere viene compromessa da un attacco informatico. I prigionieri liberi chiedono a Ziva e Di Nozzo, rifugiatisi in cella insieme all'hacker, di consegnarlo in cambio per la loro vita. Pur di salvare se stesso, l'hacker rivela come possono trovare MC. Si scopre così che l'intero breakout era solo uno stratagemma: essi in realtà non avevano mai lasciato la base dell'NCIS. Nel frattempo, Gibbs e McGee riescono a rintracciare la bomba ad ebola e disinnescarla in sicurezza.

Un marine, noto come Gabe Crowe, durante un allenamento, cade dalla parete dell'arrampicata e muore. Gli indizi raccolti, però, provano che la morte non è dovuta alla caduta. Infatti, sulle braccia si notano delle ferite da coltello e segni di lotta.

Ducky e Palmer sono chiamati a investigare su un misterioso suicidio di un tenente della Marina, ma vengono rapiti mentre portano il cadavere al quartier generale dell'NCIS. Nel frattempo, il resto della squadra scopre che il tenente morto era in realtà una spia cubana che stava rubando file classificati, e le persone che hanno rapito Ducky e Palmer sono i suoi contatti. Sia Ducky che Palmer riescono a sfuggire ai loro rapitori e vengono tratti in salvo dal resto della squadra, che è riuscita a rintracciarli, ma una delle spie riesce fuggire. Grazie ad uno stratagemma di Ducky, il team è in grado di arrestarla e recuperare i file rubati.

In questo episodio la squadra e impegnata ad aiutare Gibbs al quale un suo amico, il barbiere, ha chiesto aiuto riguardo ad una serie di omicidi, di cui crede sia colpevole suo figlio, nel frattempo, DiNozzo parte alla ricerca di un marine sospettato di furto. Le indagini, non ufficiali per l'omicidio seriale, vengono a scontrarsi con quelle della polizia. Dopo vari colpi di scena, il figlio del barbiere viene scagionato e la squadra arresta il vero colpevole.

Durante un'operazione di sminamento in Afghanistan un marine viene ucciso da un cecchino, ma la moglie non crede che le cose siano andate come sembra. Gibbs con l'aiuto di Dex, il cane antimine, scopriranno un traffico di preziosi.

Durante una terribile burrasca viene rinvenuto il corpo di un comandante medico. La squadra indaga l'equipaggio della nave tra i quali c'è il padre di McGee e quest'ultimo dovrà affrontare il difficile rapporto con l'indiziato genitore e la sua voglia di riscatto.

La squadra viene chiamata per trovare il marito di un tenente dei Marines. Si presuppone un rapimento. Nel frattempo, Ziva con l'aiuto di McGee cerca di localizzare Bodnar di nascosto da NCIS e CIA.

Dopo la morte di Eli David direttore del Mossad, la figlia Ziva chiede a Gibbs l'autorizzazione ad andare in Europa dove si trova Bodnar, ritenuto l'assassino di Eli David. Nel frattempo viene ucciso un agente del Mossad ed il nuovo direttore (una donna che poi Ziva dirà che ha avuto una lunga relazione con suo padre Eli David da giovani) si trova negli Stati Uniti per collaborare alla ricerca di Ilan Bodnar. Ziva e Tony partono per l'Europa, ma non per Roma dove tutti credono che Bodnar sia, bensì per Berlino dove Ziva pensa che Bodnar in realtà si trovi, perché è lì che può cambiare i suoi soldi in diamanti per poi sparire. Le indagini condotte in parallelo dal Mossad, dalla CIA, dall'FBI e dal NCIS, sembrano brancolare nel buio. A Berlino Ziva e Tony invece di trovare Bodnar trovano il fratello di questo che lo aiuta. Nel frattempo si scopre che Ilan Bodnar non è mai partito dagli Stati Uniti dopo l'omicidio di Eli David, come peraltro il Mossad già sapeva non avendolo però rivelato al NCIS. Tony e Ziva tornano allora negli Stati Uniti con il fratello di Bodnar ed appena giunti subiscono una grave collisione (volontaria ?) da un SUV, con conseguenze che si scopriranno solo nella puntata successiva.

Gibbs sfida un ordine diretto da parte del Dipartimento della Difesa, tutta la squadra NCIS si unisce nella ricerca di Bodnar. Ziva, ferita dall'incidente d'auto, ha finalmente la possibilità di confrontarsi con Bodnar e si vendica per la morte di suo padre, uccidendolo.

L'NCIS è oggetto di un'indagine da parte del Dipartimento della Difesa, viene messa in discussione la loro risposta alla morte di Eli David e Jackie Vance. Gibbs è accusato di nascondere le prove e di ostacolare la giustizia.

All'indomani dell'arresto di Gibbs il Dipartimento della Difesa allarga la sua indagine nell'NCIS, mettendo in pericolo il futuro dell'intera agenzia, durante queste indagini viene trovata la testa di un marine che, durante l'autopsia, si rileva molto attiva dal punto di vista radioattivo. Per difendere Gibbs il Direttore Vance assolda l'ex Ammiraglio Abelardo (Albert) Jethro "A. J." Chegwidden e poi, visto che Parsons l'agente che conduce le indagini, continua la sua caccia alle streghe, l'intera squadra da le dimissioni. A quel punto le indagini vengono bloccate .

Un’esplosione durante un evento a Washington muore una persona collegata all’agenzia, cosa che cambia le prospettive di Parsons su Gibbs e il suo team; anche senza distintivo, DiNozzo e McGee indagano sul caso da civili, nonostante i loro pericolosi collegamenti.

Di Nozzo andrà sulle tracce di Ziva, l’agente speciale che ha lasciato la squadra di Gibbs. Per scoprire come sta e se è intenzionata a tornare, Tony volerà fino in Israele. Intanto Gibbs e il suo team continuano a dare la caccia a Parsa e alla sua rete terroristica in costante crescita. Purtroppo questo è l'episodio dell’addio di Ziva.

La squadra di Gibbs deve chiedere una mano a Twitter per risolvere il caso della scomparsa di un marine. Nel frattempo, McGee smarrisce il suo distintivo, senza però avvisare Gibbs e le autorità.

Gibbs e McGee viaggiano in Afghanistan per indagare sull'omicidio di una donna che aveva assunto l'identità di un soldato deceduto. Gibbs porta alla luce un rifugio per donne afghane collegato a Mike Franks.

DiNozzo è sulle tracce di un uomo sospettato di un crimine commesso quindici anni prima, quando Tony era ancora un detective della Polizia di Baltimora.

Il team di Gibbs per risolvere un caso fa coppia con il Coast Guard Investigative Service (CGIS), i loro corrispettivi della Guardia Costiera, guidato dall’affascinante agente speciale Abigail Borin (la guest star Diane Neal), per indagare su un'esplosione avvenuta a bordo di una piattaforma petrolifera.. Intanto nel quartier generale, nessuno riesce a sfuggire agli scherzi di Halloween ideati da Tony Di Nozzo, dopo aver preso in giro Abby, la sua prossima vittima è l’imperturbabile Gibbs, ce la farà a strappargli un sorriso?

Gibbs è impegnato in faccende private insieme a suo padre. Tony e McGee sono in disaccordo su chi è a capo delle indagini del caso di cui si stanno occupando.

L'N.C.I.S. si sta occupando di quello che sembra un caso relativamente semplice, un omicidio colposo per assenza di soccorso, ma il principale sospettato ha un alibi inattaccabile.

La squadra scopre che un incontro riservato del Segretario della Marina è stato oggetto di un'intercettazione ambientale. Gibbs e il team collaborano con Eleanor "Ellie" Bishop, analista dell'Agenzia per la Sicurezza Nazionale, per trovare il responsabile.

Un caso di omicidio si complica improvvisamente quando la squadra scopre un collegamento tra la vittima ed il compagno di un'ex moglie di Gibbs.

Gibbs e il team sono al lavoro su una misteriosa epidemia che ha colpito le famiglie di alcuni membri della Marina. Abby e Jimmy devono scoprire il ceppo del virus e trovare una cura.