Une nouvelle enquête passionne toute l'équipe du NCIS, qui se lance à la recherche d'un tableau volé d'une valeur de quarante millions de dollars. Sur Internet circule la rumeur que l'oeuvre est vendue sur le marché noir afin de pouvoir financer des activités terroristes. Cette information doit cependant encore être vérifiée. Cela pourrait signifier qu'il existe un réseau criminel...

Les agents du NCIS collaborent, à contrecoeur, avec deux anciens criminels britanniques, Ricky Dorsey et Frankie Bolton. En effet, un redoutable trafiquant a kidnappé la fille de Ricky dans le but de se procurer un système d'armes dangereux...

Lorsqu'un prototype de drone sous-marin est dérobé, l'équipe du NCIS associe ce vol à la fête sophistiquée d'un joueur de jeux vidéo en ligne. Callen et Sam croisent une nouvelle fois la séduisante et mystérieuse Katherine Casillas, courtier d'assurances qui assure les propriétés du joueur.

Le corps d'un lieutenant de la Marine a disparu du lieu où s'est produit un accident de voiture. L'équipe du NCIS, chargée de l'enquête, découvre que son ordinateur portable est manquant, tout comme des informations confidentielles récemment consultées et qui concernent d'anciens membres de la Navy, aujourd'hui à la retraite...

Deux agents s'introduisent chez Beale, qui est en train d'effectuer une mission clandestine pour Hetty. Il s'agit de faux agents du NCIS. Avant qu'il ait le temps de se rendre compte de la supercherie, ils le kidnappent. Prévenus, Callen et Sam se rendent à San Francisco pour tenter de le retrouver...

Akhos Laos, un ancien agent des forces de l'ordre, avait été recruté et formé par Hetty Lange. Mais les choses se sont mal passées entre eux. Aujourd'hui, Akhos est de retour, prêt à se venger de ce qu'elle lui a fait subir. Pendant ce temps, une femme livre une mystérieuse boîte au bureau du NCIS...

Pendant que l'équipe enquête sur le vol d'un virus informatique, Callen et Sam envisagent leur avenir au sein de l'agence. Eric et Nell analysent l'impact de la mission d'infiltration, tandis que Mara, une banquière malhonnête, fait l'objet d'une enquête. Kensi et Deeks, quant à eux, envisagent d'avoir des enfants...

L'officier de la CIA Veronica Stephens demande à l'équipe du NCIS de l'aider à résoudre une affaire. Joseph Olonga, un ingénieur agronome nigérian, a en effet mystérieusement disparu à peine arrivé à Los Angeles. Peu avant, l'homme avait été convoqué aux Etats-Unis par Hetty en personne.