Après le crash d'un avion expérimental piloté par un capitaine de la Navy, Jane Tennant obtient que l'enquête soit menée par son équipe de spécialistes. La victime, qui avait tenté de contacter le NCIS la veille de sa mort, aurait succombé à une overdose que les agents ne croient pas accidentelle...

Le NCIS enquête sur des braquages meurtriers, réalisés avec des explosifs de la Seconde Guerre mondiale et des tactiques militaires. L'équipe craint que ces attaques ne soient qu'une diversion pour une action de bien plus grande envergure. La mission d'Ernie sur le terrain s'avère plus compliquée que prévu...

Kai infiltre l'un des plus anciens gangs de surfeurs d'Hawaï après le meurtre d'un officier de la Navy qui tentait d'aider des jeunes en difficulté à changer de vie. Les enquêteurs se demandent si un des membres du gang a voulu empêcher Brad Pacheco, un protégé de la victime, de s'affranchir de leur emprise...

L'officier Kaleo Whitman est blessé par balle alors qu'il faisait du cheval dans les montagnes, et affirme au NCIS qu'il s'agit d'un accident de chasse avant de s'enfuir de l'hôpital. L'équipe découvre que Whitman a été aidé dans sa fuite par un cowboy hawaïen, qui s'avère être son cousin...

Lorsqu'un quartier maître japonais est tué sur le sol américain, le NCIS doit trouver le coupable au plus vite, avant de provoquer une crise diplomatique. Supervisée par le chef d'état-major adjoint Joe Milius, l'enquête se tourne vers Abby Nelson, soupçonnée d'avoir tué l'ancienne petite amie de la victime…

L'équipe du NCIS enquête sur l'enlèvement d'une influenceuse, venue passer sa lune de miel à Hawaï avec son mari sous-officier. Peu de temps après, le kidnappeur est retrouvé mort. L'équipe découvre que la touriste n'est pas du tout celle qu'elle prétend être. Tennant la soupçonne d'être un agent de la CIA...

Le corps du sous-officier Dave Andrews est retrouvé sur la plage. Il s'avère qu'il a été tué ailleurs et que son corps a été ensuite déposé sur le rivage. Tennant et son équipe tentent de retrouver sa petite-amie, une maître-nageuse rendue célèbre après une intervention relayée par les réseaux sociaux...

Lors de la cérémonie de restitution de terrains de la Navy au peuple hawaïen, le corps d'une activiste écologiste est découvert. La victime militait auprès d'un groupe venu manifester sur l'île pour que le milliardaire Damian Davenport rende les 39 hectares de sa propriété aux Hawaïens…

Un squelette portant un ancien uniforme de la Navy est découvert sur une plage. L'enquête, qui intervient durant les préparatifs de la commémoration des 80 ans de Pearl Harbor, conduit le NCIS à un ancien combattant. Celui-ci a pris l'identité de la victime, mais l'imposteur, atteint de démence, est amnésique...

Un inspecteur portuaire est tué par balles et son corps est retrouvé dans un conteneur de pièces détachées d'armement militaire. Au cours de ses investigations, le NCIS croise l'équipe de Whistler, qui enquête sur un trafic d'armes. Parallèlement, Tennant hésite à arrêter le père d'une amie d'Alex...

Pour prouver l'implication d'un baron de la drogue, dans le meurtre d'un policier véreux et le vol de preuves l'incriminant, Lucy infiltre une partie de poker auquel le baron doit se rendre. Par ailleurs, les sentiments de Lucy envers Whistler sont mis à rude épreuve lorsque son ex petite-amie arrive en ville...

Le NCIS enquête sur le meurtre d'un ingénieur de la Navy, Joseph Chen, et découvre que la dernière personne qu'il a vue est Maggie Shaw, l'amie et mentore de Tennant. David Sola, un officier des renseignements néo-zélandais, prend part à cette enquête liée à la mort de son indic en Chine...

Alors qu'elle enquête sur l'enlèvement de Maggie Shaw, Tennant fait une découverte surprenante sur son ancienne mentore et fomente un plan avec son équipe et Whistler pour obtenir des preuves. Pour Tennant, qui a toujours eu confiance en son amie, il n'est pas évident d'enquêter sur elle...

Pendant que Tennant est interrogée par le FBI sur ses liens avec Maggie Shaw, le reste de l'équipe enquête sur un groupe de Marines victimes de vertiges et de saignements d'oreilles causés par des ultrasons. De son côté, Ernie rend visite à Tony Lee afin d'identifier des suspects qui auraient pu avoir accès à une arme de haute technologie.

Au cours d'une journée père-fille, Jesse part naviguer avec la classe de voile de sa fille Gracie, 15 ans. En pleine mer, des pirates prennent le contrôle du voilier et les passagers en otage. Jesse ayant pu prévenir Tennant, le NCIS lance les recherches, en collaboration avec le FBI et les garde-côtes...

Kai enquête sous couverture comme chef dans un restaurant afin d'obtenir des informations sur un criminel notoire ayant des connexions avec l'établissement. Tennant découvre qu'une école du continent veut recruter Alex et lui offrir une bourse sportive, ce qu'il s'est bien gardé de dire à sa famille...

Lorsqu'une attaque informatique cause des problèmes dans le fonctionnement d'un barrage, Ernie et une équipe de hackers sont chargés de réparer les dégâts avant que l'électricité et l'eau ne soient coupées partout sur l'île. Lucy et Whistler étant amenés à coopérer, ce dernier espère pouvoir profiter de cette occasion pour s'excuser auprès d'elle et renouer le dialogue...

Nick Torres se rend à Hawaï pour suivre une piste dans le cadre de son enquête sur la mort d'un Marine dans une explosion de munitions en Afghanistan cinq ans plus tôt. Les deux agences du NCIS vont alors collaborer pour enquêter sur la société militaire privée responsable de l'incident, Fortress...

Le NCIS enquête sur le naufrage d'un navire transportant des animaux exotiques, qui a causé la mort d'un officier, attaqué par un prédateur, et menace désormais la biodiversité d'Oahu. Ernie offre à Lucy une séance chez un chaman hawaïen et Alex se blesse en jouant au baseball. Kai invite Melanie...

L'équipe est mobilisée sur le meurtre d'un procureur. L'affaire implique un Marine qui arrondissait ses fins de mois comme chauffeur de taxi et qui a quitté la scène du crime. Les investigations piétinent quand une nouvelle victime est à déplorer. Lucy découvre que Kate a refusé une promotion à Washington...

De retour à Hawaï pour un échange secret de prisonniers avec la Russie, le capitaine Milius demande à Tennant de l'accompagner aux Philippines pour qu'elle assure sa sécurité personnelle. Cette opération ultra confidentielle doit le rester, au risque de raviver les hostilités entre les Etats-Unis et la Russie...

Le capitaine Milius continue de collaborer avec Tennant et son équipe après l'échec de l'échange de prisonniers. Leur enquête va tenter d'identifier qui essaie d'exacerber les tensions entre la Russie et les Etats-Unis. Whistler suit le conseil d'Ernie et fait un geste fort dans l'espoir de reconquérir Lucy...