Gibbs et McGee se rendent en Russie pour ramener un informaticien du NCIS aux Etats-Unis. Leur mission compromise, ils sont forcés d'atterrir en pleine forêt où un groupe de mercenaires russes les attend. Le reste de l'équipe met donc tout en oeuvre pour les retrouver...

Quand un lieutenant de la Marine est assassiné alors qu'il se rendait à une réunion privée avec le président des Etats-Unis, l'équipe du NCIS doit déterminer si l'assassinat est lié à une série d'agressions dans la région...

L'agent spécial Bishop et Ducky se rendent à Londres pour s'entretenir avec la famille et les collègues d'un ami de Ducky, dont le nom apparaît dans une affaire complexe...

Le Secrétaire de la Marine assigne l'équipe du NCIS à une enquête conjointe sur une affaire de terrorisme après le meurtre d'un scientifique. Le principal suspect est recherché par le gouvernement russe...

À la suite d'un exercice de formation en mer avec l'agent du CGIS Abigail Borin, un cadavre à la dérive, repéré par Gibbs, est identifié comme membre de l'équipage du cargo San Dominick. L'équipe découvre bientôt que ce bateau a été attaqué par des pirates.

La femme d’un Navy Seal a été assassinée. L'équipe du NCIS découvre qu'elle avait une formation en criminologie psychiatrique et avait récemment visité un tueur en série en prison, recherchant de l’aide pour s'occuper d'une autre personne qu'elle soupçonne de sociopathie. Gibbs et son équipe doivent comprendre de qui il s’agit.

Après avoir enquêté sur l'assassinat d'un sergent à la retraite, l'équipe du NCIS découvre un organisme de bienfaisance frauduleux, qui choisit comme victimes ceux qui recherchent les militaires disparus...

Une ancienne infirmière de la Marine, Anna Dillon, donne les premiers secours aux victimes d'un accident. Malheureusement, l'une des victimes décède et Anna est emprisonnée pour avoir prodiquer des soins sans autorisation, et donc être possiblement responsable de la mort de cet officier de la Marine.

A la veille de Thanksgiving, DiNozzo (qui attend son père) et Bishop (qui prévoit quelques jours de vacances avec son mari) se retrouvent coincés à l'aéroport de Washington à cause de mauvaises conditions climatiques. Une menace terroriste est mise au jour, qui cible les aéroports de la région. Gibbs profite de la présence de ses agents sur place pour mener l'enquête.

Dans une lettre de Noël à son père, McGee décrit en détails une affaire dans laquelle Gibbs et le reste de l'équipe du NCIS enquête sur des pirates responsables d'une coupure d'Internet dans la région de Washington.

Cinq corps sont retrouvés dans un restaurant. Sur le lieu du crime débarquent deux des ex-femmes de Gibbs dont la fameuse ex-femme numéro 2, celle que Gibbs a surpris au lit avec un autre homme.

Le NCIS fait équipe avec l'agent Fornell du FBI pour retrouver la trace d'un terroriste américain, repéré en Syrie, de retour sur le territoire américain...

Le NCIS enquête sur la mort du Lieutenant Eric Kutzler, officier ouvertement homosexuel, en attente de recevoir la Médaille d'Honneur pour acte héroïque lors d'une mission en Afghanistan.

La mort d'un Marine emmène DiNozzo et Bishop dans l'école militaire privée où Tony a été. Ils y découvrent de sombres secrets. Dans le même temps, Bishop et Jake invitent à dîner Gibbs, DiNozzo et McGee.

Suite de l'affaire Mishnev : un attentat sur un navire de la NAVY qui recevait des personnalités étrangères dont le conseiller russe Palenko. Mishnev en est l'auteur ; comment a-t-il fait ? Gibbs laisse le champ libre à son équipe pour enquêter et s'isole avec Fornell pour l'aider à la demande d'Emily et de Vance. Comment l'équipe va-t-elle gérer la situation ?

Lorsqu'une personne est retrouvée morte assassinée avec sur elle une carte d'identité correspondant au nom utilisé par Gibbs lors d'une mission de couverture il y a 20 ans de ça, il apparait qu'un certain nombre d'identités secrètes utilisées pour les missions sous couverture ont fuité en faveur d'espions serbes.

Une preuve dans une affaire de meurtre révèle qu'un rare tableau a été échangé contre un faux, ce qui incite DiNozzo Sr. à partager ses connaissances sur l'art ainsi que ses contacts au marché noir avec l'équipe entière...

Une femme est assassinée dans le garage d'une maison. Il s'avère rapidement qu'elle n'en est pas la propriétaire mais une cambrioleuse venue forcer le coffre, profitant de l'absence des véritables propriétaires.

Une prostituée et un marin discutent à l'avant d'une voiture lorsqu'ils se font tuer. Il s'avère que le marin était sous couverture dans le cadre d'une opération visant à trouver l'auteur d'un attentat commis en 1979 dans un aéroport, attentat qui a fait une centaine de blessés ou morts.

DiNozzo fait équipe avec sa petite amie l'agent spécial de l'ATF Zoé Keates quand les preuves montrent que l'arme du crime utilisée dans une affaire du NCIS a été achetée pour une opération d'infiltration controversée de l'ATF Fast and Furious. Aussi, Anthony DiNozzo Sr. revient en ville pour faire la connaissance de la petite amie de son fils au cours d'un dîner.

Un soldat de la Navy est retrouvé mort. L'autopsie montre que la victime a été sérieusement malmenée avant d'être abattue de sang-froid. Gibbs et Bishop se rendent en Afghanistan. Ils comprennent que le tueur cherchait à localiser un traducteur afghan répertorié en tant que terroriste par la sécurité intérieure. Parallèlement, DiNozzo apprend que McGee a été choisi pour être le nouveau visage de la communication du NCIS.

Une jeune femme militaire, prodige de l'informatique, est tuée dans sa voiture. Avec l'aide de l'agent Dorneguet, l'équipe de Gibbs découvre que la victime avait espionné sans autorisation les activités d'un homme d'affaire. Celui-ci est actuellement surveillé par la NSA. Bishop et son mari se disputent au sujet de ce cas épineux...

Le NCIS enquête sur une organisation qui pousse des jeunes à se faire exploser à l'aide d'une bombe. Dorneget et McGee s'envolent pour Le Caire afin d'enquêter...

Le NCIS intensifie son enquête sur le groupe terroriste appelé «L'Appel», qui recrute de jeunes gens via Internet. Mais les agents sont encore très secoués par la perte récente d'un des leurs...