L'équipe du NCIS découvre les débris du bateau de Gibbs et se lance immédiatement à sa recherche. Elle comprend alors qu'il enquêtait sur un tueur en série avec l'aide de Marcie Warren (Pam Dawber), une journaliste qui avait fait son portrait.

En tentant de trouver le tueur en série sur lequel enquêtait Gibbs, l'équipe du NCIS découvre qu'une autre personne était sur la même piste.

Gibbs et Parker font une virée en voiture pour retrouver l'une des victimes du tueur en série. De son côté, l'agente Knight s'infiltre dans une grande société manufacturière liée aux meurtres.

Gibbs et McGee se rendent en Alaska tandis que le reste de l'équipe met au jour le complot à l'origine du tueur en série.

L'équipe du NCIS enquête sur la mort d'un commandant de la Marine dont le corps explose inopinément avant que Jimmy n'ait eu le temps de l'examiner.

Le NCIS enquête sur la mort d'un commandant de la Marine adoré qui avait entraîné certains des meilleurs athlètes du pays.

Le NCIS enquête sur la mort d'un homme dont le corps a été découvert dans le sauna d'un bateau de croisière par Judy (Patricia Richardson), la belle-mère de McGee.

Le NCIS enquête sur la mort d'un réserviste de la Marine dont le corps est retrouvé dans une voiture en mauvais état sur un champ de tir. Kasie considère les avantages et les inconvénients de l'achat d'une arme.

Lorsqu'une conseillère financière hors pair est retrouvée morte dans une base navale, le NCIS interroge l'hologramme tridimensionnel de la victime que cette dernière avait créé avant de mourir.

Le NCIS est appelé en renfort lorsque l'adjudant-chef Rafi Nazar (Artur Zai Benson) est suspecté de tentative de revente d'un logiciel de pilotage de drones classifié et volé à la Marine.

Lorsqu'un navire de recherche civil basé dans l'Atlantique Nord remarque un petit bateau abritant des officiers de la marine blessés, le NCIS se rend sur place. L'équipe découvre que des terroristes sont à bord et doit se faire discrète.

Lorsque le corps d'un lieutenant borgne est découvert, le NCIS débute une enquête qui le mène jusqu'au monde du MMA.

Enquêtant sur la mort d'un intrus à Quantico, Jimmy et Kasie sont exposés à une biotoxine mortelle. Le NCIS fait alors appel à la docteure Carol Wilson (Meredith Eaton) pour tenter de trouver l'antidote.

Tandis que l'équipe enquête sur la mort d'un chirurgien réserviste des SEAL, elle est forcée de faire appel à Kayla (Naomi Grace), la fille de Vance récemment formée au NCIS, pour une mission très dangereuse.

Le passé criminel de Parker refait surface lorsque le NCIS est appelé en renfort à Philadelphie pour enquêter sur la mort d'un maître.

Un terrible accident lors d'une fête en l'honneur du futur bébé d'un maître pousse le NCIS à enquêter sur la disparition d'un professeur racontée dans un podcast sur les affaires criminelles.

Le NCIS enquête sur le suicide apparent d'un officier retraité de la Marine qui était dans le groupe de soutien de Palmer et Knight.

Quand Reymundo Dia, trafiquant d'armes notoire, est libéré de prison et que les corps commencent à s'entasser, Torres doit assumer les conséquences des décisions qu'il a prises lors d'une opération d'infiltration il y a des années de cela.

Lorsqu'une série de cambriolages a lieu à la base navale de Quantico, le NCIS enquête sur un groupe d'habiles adolescents amateurs de fêtes. Au fil de l'enquête, McGee tisse des liens avec Teagan Fields, l'un des adolescents.

Le NCIS enquête sur la mort inattendue d'un réserviste de la Marine qui était également journaliste d'investigation.

Dans le dernier épisode de la saison 19, l'équipe du NCIS met tout en pause pour gagner du temps et découvrir ce qui se trame derrière l'inculpation pour meurtre de l'agent Parker.