Lors d'une cérémonie dans le port de Sydney, un marin de l'US Navy décède des suites d'une intoxication radioactive. Les agents spéciaux du NCIS Michelle Mackey et DeShawn Jackson collaborent avec leurs homologues de la police fédérale australienne, le sergent Jim JD Dempsey et l'agent Evie Cooper.

L'équipe mène l'enquête après la découverte du corps d'un agent de la Marine dans un point d'eau. Jackson et Cooper découvrent qu'un taïpan, une espèce rare et mortelle, peu commune dans la région, est en cause. Un spécimen faisait justement partie d'un groupe d'animaux volés dans une animalerie.

Lorsqu'un requin recrache un bras portant un équipement de l'US Navy, l'équipe enquête sur un trio d'anciens plongeurs de la Navy, qui ont créé une entreprise de formation à la plongée à Sydney. Penrose et Gleeson découvrent que le bras appartenait à un ancien Seal, le soldat de première classe Coleman.

Lorsque le sous-officier américain Eddie Backer est retrouvé mort dans le quartier historique de The Rocks, l'équipe ne dispose que d'un seul indice : une médaille de la Croix de la Marine vieille de plusieurs décennies. Le suspect est Frank Doherty, un marin de l'US Navy et vétéran de la guerre du Vietnam.

Penrose se rend dans un café canin avec son chien. Il a mal choisi son jour. En effet, les lieux sont investis par un adolescent de 15 ans, Louis, qui prend tout les clients en otage car il a besoin d'argent pour aider sa soeur atteinte d'un cancer. Sur place, le NCIS vient épauler la police australienne.

Un homme portant une veste de l'US Navy meurt d'une overdose dans un bus bondé. L'individu officiait comme cuisinier pour le cartel Ramos, un réseau de trafiquants péruvien. L'enquête qui s'ensuit ramène Cooper à son passé d'agent des stupéfiants infiltrée à l'AFP. Elle va devoir reprendre du service.

Les agents du NCIS sont conviés à la cérémonie de lancement d'une technologie d'IA dans un bunker secret. C'est alors qu'un meurtre est commis.

Jack, le fils de Dempsey, âgé de 9 ans, est kidnappé par un assassin qui se fait passer pour un clown. Le sinistre personnage souhaite échanger son petit otage contre une mercenaire qui se trouve sous la garde de la police. L'équipe du NCIS et la police australienne coopèrent sur cette affaire.