Au cours d'une mission à l'autre bout du monde, dans la région du Sinaï, une équipe d'agents spéciaux est prise au piège dans une embuscade. Fatima Namazi, qui fait partie du groupe, est capturée et les malfaiteurs demandent une rançon. Callen et Sam contactent Kadri, un agent secret de la CIA, pour qu'il les aide à la retrouver...

Un agent du FBI est tué au moment où il tentait de géolocaliser un agent infiltré. Les policiers du NCIS prennent la relève et tentent de prévenir leur collègue, avant que les criminels ne comprennent qu'un espion s'est immiscé au sein de leur équipe. Le temps est compté et il faut agir vite...

Walter Anderson, un officier du département de la Défense, a disparu. Le NCIS ouvre une enquête et met tout en oeuvre pour retrouver sa trace. L'agent Sarah Raines, sa partenaire, apprend à Sam, Callen et Eric qu'Anderson enquêtait sur un ovni. Pendant ce temps, Anna prend une grande décision pour son avenir...

Sam enquête sur le meurtre d'un exilé iranien qui a voulu renverser le régime actuel de son pays. En parallèle, il tente tout pour sauver Devin Roundtree, un nouvel agent qui, au cours de son jour d'observation avant d'intégrer le service, a accidentellement déclenché une bombe. Quant à Nell, il s'interroge sur son avenir au sein de l'agence.

L'équipe du NCIS est amenée à collaborer avec le département de la justice sur une enquête. Un incendiaire a visé le domicile d'un agent du FBI, qui protège un activiste politique en demande d'asile. Eric, de son côté, doit faire face aux conséquences liées au départ de Nell, qui a quitté l'équipe.

L'équipe du NCIS aide une ancienne employée, qui travaillait en tant qu'opératrice, à retrouver son ex-partenaire, dont elle est sans aucune nouvelle. De son côté, Callen révèle à Sam qu'il va s'installer avec Anna. Deeks, quant à lui, est bouleversé après avoir découvert une critique négative sur son bar...

En Afghanistan, deux Navy Seals ont accusé leur chef d'avoir assassiné un prisonnier non armé. Sam, Callen et Rountree se rendent sur place afin de donner un coup de main sur cette affaire sensible. Il s'agit de déterminer si l'homme est véritablement coupable...