Mackey défie le colonel Rankin, mais celui-ci s'effondre après une apparente crise cardiaque. Pour avoir laissé Niemus s'échapper, Mackey et Dempsey sont suspendus de leurs fonctions. Penrose découvre alors que Rankin, dans le coma, était équipé d'un stimulateur cardiaque faisant également office d'écouteur.

Le corps d'un homme est repêché dans le port de Sydney. L'individu devait assister à un mariage sur un voilier. Cooper et Jackson montent à bord déguisés respectivement en invité et en photographe. C'est alors que l'embarcation est détournée par un groupe de terroristes australiens hostiles aux Etats-Unis.

Disparu depuis longtemps, le lieutenant Harvey Wilson est retrouvé mort, coulé dans une dalle de béton. Le NCIS découvre avec stupeur que leur homme était un espion de haut vol. Dans les années 1980, il fournissait de faux renseignements aux Soviétiques sur le programme de missiles américain.

Le NCIS enquête sur un attentat à la voiture piégée devant la résidence du commandant Kira Mason, responsable d'un programme de sécurité informatique classifié. Veuve, Mason entretient une relation conflictuelle avec sa fille adolescente, Grace, qui fréquente un réseau de conspirationnistes en ligne.

L'équipe du NCIS enquête sur la mort du sous-officier de la marine américaine Reuben Daniels, dont le corps congelé a été retrouvé sur une plage. Au cours de leur enquête, Mackey et Dempsey découvrent que Daniels et son colocataire Craig étaient impliqués dans un réseau de contrebande d'ormeaux.

L'équipe du NCIS enquête sur la mort du lieutenant Pete Levinson, un membre des Navy Seals qui séjournait dans un camp de fitness en plein air dirigé par d'anciens Seals, dont le chef Finn McKay. McKay avait pris sa retraite à la suite d'un accident d'entraînement qui avait coûté la vie à un stagiaire.

L'officier marinier Sally Poole, qui était chargée des fumigènes lors d'un concert pop, est tuée après un dysfonctionnement de la machine à fumée. Gleeson assistait au concert. Au cours de leur enquête, l'équipe du NCIS découvre que quelqu'un a ajouté de l'huile d'arachide à la machine à fumée.

L'équipe du NCIS enquête sur la mort du sous-officier Ezra Stokes, retrouvé vidé de son sang dans un cercueil. Mackey et Dempsey soupçonnent Dawn Lazar, une vampire autoproclamée, et son fils Nicholai. Dawn et Nicholai dirigent l'entreprise de cercueils qui a produit celui dans lequel Stokes a été retrouvé.

L'équipe du NCIS se rend à Darwin pour enquêter sur la mort du caporal David Garcia, des Marines américains, tué lors d'un exercice d'entraînement impliquant les Marines et l'armée australienne. Dempsey et Cooper découvrent un fragment de grenade impliquant le soldat australien Angus Tipoloura.

Alors que la date d'une cérémonie commémorant le bombardement de Darwin approche, le NCIS Sydney doit mener une enquête dans l'urgence. Un missile Stinger a disparu et un meurtrier est en cavale, potentiellement en possession dudit missile. Il faut le retrouver et l'arrêter avant une attaque qui pourrait avoir des conséquences dramatiques...