Le NCIS recherche Gibbs après la découverte de l’épave de son bateau. Les agents découvrent qu’il traquait un tueur en série avec la journaliste Marcie Warren. Après le départ de Bishop, l'agent Jessica Knight intègre l’équipe.

Vance annonce la disparition et la mort probable de Gibbs dans les médias pour convaincre le tueur. Rejoint par Tobias, Gibbs accepte de participer à l’enquête aux côtés du NCIS. Lors de leur traque, les agents découvrent qu’une autre personne poursuit le tueur en série : l’agent du FBI Alden Parker…

Pour découvrir le commanditaire des meurtres, Gibbs et Cole escortent Lemere jusqu’à sa première victime tandis que Jessica Knight infiltre un groupe industriel lié aux versements perçus par le tueur à gage.

Sous le coup d’un mandat d’arrêt du FBI, Gibbs poursuit son enquête contre le groupe industriel lié aux meurtres et se rend en Alaska avec McGee sur les lieux de la future mine de cuivre. Au NCIS, l’équipe recherche l’article qu’allait publier la première victime pour dénoncer l’impact environnemental du projet minier.

Gibbs ayant décidé de rester en Alaska, Vance propose le poste à l’agent Parker, qui le décline bien qu’il accepte de diriger temporairement l’équipe. Le NCIS doit élucider la mort d’un quartier-maître dont le corps explose avant que Jimmy n'ait le temps de l'examiner, conduisant les agents à soupçonner un projet d’attentat suicide.

Le NCIS enquête sur la mort du très apprécié capitaine Davis, qui entraînait des athlètes à travers le pays. Après la découverte de stéroïdes dans les affaires du coach, son protégé Felix Cross n’accepte pas l’idée qu’il puisse avoir été dopé à son insu.

Le NCIS enquête sur la mort d’un homme sur un bateau de croisière dont le corps a été découvert dans le sauna du bateau par la belle-mère de McGee, Judy.

Le NCIS enquête sur l’affaire d’un réserviste de la Navy dont le corps a été retrouvé dans une voiture rétamée au bout d’un champ de tir. Kasie pèse le pour et le contre de l’achat d’une arme.

Le NCIS enquête sur le meurtre de Sandra Holdren, une riche conseillère en investissements financiers retrouvée dans une station navale. Brouillée avec sa fille, Sandra lui avait laissé un hologramme interactif tridimensionnel d’elle-même, avec lequel les agents vont devoir parler pour résoudre le crime.

Le NCIS est appelé lorsque l’adjudant-chef Rafi Nazar est soupçonné d’avoir tenté de vendre des logiciels secrets de la Navy utilisés pour piloter des drones de combat.

Après qu’un navire de recherche civil dans l’Atlantique Nord a récupéré une petite embarcation d’officiers de la Navy blessés, le NCIS arrive sur le navire et est forcé de se cacher après avoir découvert des terroristes à bord. De plus, l'agent Knight emmène une poupée de papier avec elle en mission pour prendre des photos pour la classe de primaire de sa nièce.

Le corps d'un lieutenant de la Navy est retrouvé avec un oeil manquant, l'enquête du NCIS les oriente vers le monde des combats en cages.

Le NCIS enquête sur la mort d'une personne ayant pénétré illégalement sur la base de Quantico. Jimmy et Kasie sont exposés à une biotoxine mortelle. Le NCIS fait alors appel au docteur Carol Wilson pour trouver un antidote.

Après avoir obtenu son certificat d’agent du NCIS, Kayla Vance, la fille du directeur Vance, complète sa formation par un stage sous la supervision de Torres, qui doit veiller à sa sécurité. L’équipe enquête sur la mort du Dr Masuda, un chirurgien réserviste de la Navy qui aurait été empoisonné…

Le passé délinquant de Parker refait surface lorsque le NCIS est appelé à Philadelphie pour enquêter sur la mort d'un quartier-maître de la Navy.

Un incident macabre survenu lors de la soirée de révélation du sexe d'un quartier-maître de la marine conduit le NCIS à l'affaire de la disparition d'un professeur, popularisée par un podcast sur les crimes réels.

Le NCIS enquête sur le suicide apparent d'un officier de marine à la retraite qui faisait partie du groupe de soutien de Palmer et Knight. De plus, Torres reçoit un appel de l'agent spécial du NCIS Jane Tennant qui lui demande de venir à Hawai'i lorsqu'elle a une piste sur un témoin d'une affaire sur laquelle elles ont travaillé ensemble. Le crossover se poursuit dans NCIS Hawai'i S01E18.

Lorsqu'un infâme trafiquant d'armes, Reymundo Diaz, est libéré de prison et que les cadavres commencent à s'accumuler, Torres est contraint de faire face aux répercussions de ses actions lors d'une opération d'infiltration à laquelle il a participé il y a des années.

Le NCIS enquête sur un réseau d'adolescents fêtards malins lorsqu'une série de cambriolages a lieu à la base des Marines de Quantico. En travaillant sur cette affaire, l'agent spécial McGee se lie avec l'une des adolescentes, Teagan Fields.

Le NCIS enquête sur la mort inattendue d'un réserviste de la Navy qui était un journaliste d'investigation. De plus, la romance naissante de Knight et Jimmy est mise en attente lorsqu'un transfert d'organe vital tourne mal.

Lorsque l'agent Parker est accusé de meurtre, l'équipe met son travail et sa vie en danger pour gagner du temps et découvrir la vérité.