Jane ist trotz der vergangenen Ereignisse froh, endlich wieder in ihren Job zurückzukehren. Um ihr den Einstieg zu erleichtern, soll ihr Agent Sam Hanna zur Seite stehen.

Ein Transportflugzeug, in dem sich zwölf Häftlinge befinden, stürzt über Hawaii ab und die Straftäter fliehen. Die Ermittler vermuten, dass der Absturz geplant wurde, damit ein gefährlicher Kriegsverbrecher entkommen kann.

Eine Motorradgang liefert sich nach einem Bankraub eine spektakuläre Verfolgungsjagd mit der Polizei. Eine Spur führt die Ermittler zu einer Gruppe jugendlicher Adrenalinjunkies.

Nachdem eine Frau in ihrem Hotelzimmer tot aufgefunden wird, arbeiten Luy und Kate als verdeckte Ermittler. Wie sich herausstellt, hatte das Opfer Kontakt zu einem zwielichtigen Drogenring.

Lucy muss einen Auftrag annehmen, der ihr ganz und gar nicht gefällt. Gemeinsam mit ihrem Team ist sie während einer Konferenz für die Sicherheit von Tatyana Sokolov zuständig, die in gefährliche Waffengeschäfte involviert sein soll.

Der NCIS bekommt es mit einer Vermisstenmeldung zu tun. Ein junger Mann ist scheinbar spurlos verschwunden und seine Verlobte macht sich große Sorgen. Wie sich herausstellt, arbeitet er des Öfteren als verdeckter Ermittler für die Operation "Red Rabbit".

Ein toter Marine ruft das Navy-Team auf den Plan. Während die Ermittlungen auf Hochtouren laufen, kommt es zu weiteren mysteriösen Morden. In der Zwischenzeit ist Tennant im Wald auf der Suche nach wichtigen Hinweisen.

Die Ermittler fahnden nach der Frau eines Marines, die gnadenlosen Entführern in die Hände gefallen ist. Sam versucht unterdessen eine brandgefährliche Software aus dem Verkehr zu ziehen und bittet dabei Ernie um Hilfe.

Jane und ihr Team ermitteln im Fall des toten Gefangenen Alexi Volkoff, der offenbar vergiftet wurde. Wie der Täter vorgegangen ist, bleibt den Ermittlern allerdings ein Rätsel, denn Volkoff stand unter ständiger Beobachtung.

Ein gefährliches Virus mit dem Namen "Compound X" gerät in Umlauf und Sam infiziert sich mit dem Erreger. Während der Agent unter schwerwiegenden Symptomen leidet, versucht sein Team gemeinsam mit Dr. Chase ein Gegenmittel zu finden.