Avec McGee passant un entretien pour le poste de directeur adjoint, Torres impliqué dans une opération de démantèlement d'un cartel et Knight se trouvant en Californie affectée à de nouvelles fonctions, Parker se retrouve seul à son bureau. Soudain, il reçoit un appel d'urgence de Torres demandant de l'aide.

Pendant des pourparlers avec le Venezuela sur la lutte anti-piraterie dans les Caraïbes, Diego Barreto, membre de la délégation et agent secret du NCIS, succombe à une attaque cardiaque. Le directeur Vance confie à Parker une enquête confidentielle pour éviter de compromettre les négociations...

Bryce Prescott trouve sa maison envahie par des fêtards d'Halloween célébrant l'anniversaire d'Hal. Après la découverte du cadavre de ce dernier dans la cave, l'enquête dévoile que la propriété appartient à Wanda Prescott, la grand-mère millionnaire de Bryce, victime des malversations de son assistant...

Une transmission codée interceptée depuis la Biélorussie alerte Parker d'un projet d'offensive massive contre l'Europe utilisant l'arsenal russe. Suite au déchiffrage initial par le NCIS, les services de renseignement sollicitent son équipe pour décoder de nouvelles données et contrer la menace...

Comment le capitaine Butler, un ancien espion sénile et en pleine crise de démence, pourrait-il faire fuiter des informations confidentielles dans une langue qu'il n'est pas supposé parler ? Le NCIS travaille avec la CIA pour découvrir quels secrets détient cet ancien agent secret...

Une fusillade lors d'une agression chez un industriel de l'armement fait un mort. Les agents du NCIS protègent son épouse Melinda, qui semble être la cible réelle des assaillants. Pendant que l'officier Knight veille sur elle, l'équipe tente de percer les secrets de cette femme au passé trouble...

Torres est photographié dans une chambre d'hôtel avec une femme par un détective privé, engagé par le mari. Lorsque ce dernier est retrouvé mort, le NCIS découvre que son épouse était l'indic de Nick. Amber voulait dénoncer son époux, sur le point de vendre des informations confidentielles…

Le NCIS enquête sur des véhicules dont le système de conduite autonome a été piraté, entraînant la disparition de Mason Winslow. Son épouse est venue témoigner de l'agression qu'elle a subie, mais à laquelle elle a réussi à échapper. Parker est perturbé par des visions récurrentes d'une fillette nommée Lily.

L'équipe se prépare à fêter Noël lorsque Vance leur confie une affaire, supervisée par le nouveau directeur adjoint, LaRoche. Un récit choquant menace de ruiner le Noël du lieutenant Hasting. Le NCIS doit découvrir la vérité avant qu'un livre ne sorte et ne transforme l'héritage d'un héros en un désastre...

Après s'être rendu dans sa pâtisserie préférée, Parker découvre un message de détresse caché dans une boîte à gâteaux par Virgil, un apprenti dont le corps est retrouvé dans l'établissement. Le NCIS mène l'enquête. Les tensions grandissent lorsque la romance secrète de Torres est découverte...

Un criminel qui utilisait l'identité d'un militaire est retrouvé mort dans un parc. Nick menait en secret, à la demande de Vance, une mission d'infiltration auprès d'un gang utilisant de fausses cartes militaires. Pour protéger la couverture de Torres, le NCIS organise un faux mariage entre lui et Jessica, bien que Nick sorte actuellement avec sa sœur, Robin Knight…

Alors que Kasie organise une soirée jeux chez elle, Victor Chan, un de ses invités et amis proches, est victime d'un empoisonnement. Le NCIS enquête pour faire la lumière sur cette mort. Par ailleurs, le Pentagone s'intéresse de près au contenu du dernier livre de McGee, qui est interrogé...

Le NCIS enquête sur l'affaire d'un lieutenant de la Navy retrouvé mort dans une banque de don du sang. Le seul sang volé appartenait à une femme, Lauren Hawthorn, également retrouvée assassinée. McGee a besoin de l'aide de l'équipe pour récolter de l'argent pour la collecte de fonds de l'école de ses jumeaux.

Victoria, la fille de Jimmy, trouve un sac qui contient une grosse somme d'argent près de la bibliothèque navale et le confie à Torres. L'équipe du NCIS découvre assez rapidement qu'il s'agit en fait du butin d'un braquage de banque perpétré il y a maintenant quinze ans. Kasie parvient à isoler une empreinte digitale qui permettra peut-être aux enquêteurs d'élucider ce mystère...

Après que la mort d'un lieutenant de la marine a révélé des liens avec l'agent spécial Sawyer, Torres et Knight découvrent un meurtre lié à une riche famille. Pendant ce temps, Parker établit un lien choquant entre la mort de sa mère et Lily...

Une soirée entre filles prend une tournure inattendue lorsque le NCIS est appelé à enquêter sur le mobile d'un possible incendiaire. Par ailleurs, Torres s'efforce de trouver un équilibre entre sa vie professionnelle et sa vie privée. Mais la nature de son travail ne rend pas sa tâche aisée.

A la suite de la capture du tueur à gage surnommé le poète, l'équipe se lance dans une véritable course contre le montre pour tenter de découvrir qui a commandité le meurtre d'un chef de la Navy. Chaque minute compte désormais...

Trois combattants vétérans sont retrouvés morts dans la chambre d'un motel à Washington. Chargée de l'enquête, l'équipe du NCIS identifie rapidement un suspect, qui n'accepte de parler qu'à Sam Hanna. L'ancien membre de l'antenne hawaïenne du NCIS découvre qu'un de ses anciens collègues pourrait être en danger...

McGee ouvre une enquête sur le directeur adjoint pour des soupçons de corruption. Dans cette affaire, McGee ne joue pas seulement sa crédibilité, mais toute sa carrière. Il sait qu'il risque gros s'il ne découvre rien. De leur côté, Torres et Knight reçoivent des nouvelles surprenantes...

Le NCIS s'intéresse aux liens troubles qui unissent le cartel Nexus à Carla Marino, parrain de la mafia et ennemi juré de longue date de Parker. Au cour de l'enquête, l'équipe découvre un complot impliquant du matériel nucléaire volé. Comme le temps presse, Parker est contraint de conclure une alliance difficile qui pourrait déterminer le sort de l'opération.