15 mai 2012, quelques secondes à peine après l'attentat organisé par Harper Dearing contre le NCIS... Au milieu des débris, des survivants choqués tentent de venir en aide aux victimes ou sont à la recherche de leurs collègues. Pour Gibbs, cette tragédie a une dimension personnelle: on a touché à sa "famille".

Un mois a passé depuis l'attentat contre le NCIS. Les locaux sont en pleine reconstruction, les agents encore en deuil et sous le choc. Le docteur Miles Wolf est là pour faire passer des évaluations à Gibbs et son équipe. Particulièrement marquée par la tragédie, Abby semble d'ailleurs au bord de la rupture...

Après avoir lu une nécrologie, Ducky fait exhumer le corps du Marine Bruce Roberts, dont le père, récemment décédé, était porteur d'une maladie génétique du foie. Cette donnée, inconnue à l'époque, pourrait changer les causes du décès de Roberts...

Un Marine est abattu au volant d'une Ferrari, en pleine nuit, par un motard. Quelques heures plus tard, l'équipe de Gibbs est sur les lieux et découvre l'arme du crime, abandonnée sur place. Malgré les précautions du tueur, Abby déniche l'origine du revolver : il provient d'un prêteur sur gages du Maryland.

Trois survivants du crash d'un hélicoptère s'échouent sur la côte. Seul manque à l'appel le pilote, porté disparu... En collaboration avec les garde-côtes dirigés par Abigail Borin, l'équipe du NCIS s'empare de l'affaire. Très vite, la théorie d'une collision avec un autre appareil est éliminée.

Un Marine est retrouvé mort et un autre, à proximité, complètement déboussolé... Ce dernier, le Capitaine Joe Westcott, encore sous le choc, explique que son camarade et lui ont été attaqués la veille au soir par une bande, apparemment sans raison.

Victime du syndrome de stress post-traumatique, Wescott est proche du point de rupture et Gibbs perd peu à peu prise avec lui. Malheureusement l'horloge continue de tourner : Randall Kersey reste toujours introuvable et aucune piste sérieuse ne permet d'avancer sur l'attentat en préparation.

Devant un cinéma, en pleine nuit, des hommes tentent de kidnapper Lydia et Rosie, deux adolescentes. Le père de l'une d'entre elles, qui attendait pour les ramener, s'interpose pour les arrêter. Malheureusement l'altercation tourne au drame : il se fait tuer et une des adolescentes est emmenée de force.

Un agent du FBI, Fornell, un vieil ami de Gibbs, échappe à une tentative d'assassinat. Le tueur, Tyler Brown, issu de la Marine, travaillait au noir dans un bar. Fornell et Gibbs se rendent sur place et tombent sur une vieille connaissance : leur ex-femme commune, Diane Sterling.

Noel Huffner a été retrouvé mort. Cet homme sans histoire est le mari d'une femme officier dans la Navy. L'équipe du NCIS se voit donc confier l'affaire afin de déterminer s'il s'agit d'un crime impliquant un membre de l'armée des Etats-Unis.

Le corps d'un homme est repêché dans le Potomac. A en juger par la pièce d'identité retrouvée dans sa poche, il s'agit d'un militaire de la Marine. Mais la victime est en réalité un certain Tyler Wilkes, journaliste pour un tabloïd aux bottes du gouvernement.

Le père de Ziva et la femme de Vance ont été tués durant l'attaque. Dans sa fuite, le tireur s'est suicidé en avalant du cyanure. Le directeur et Ziva sont naturellement écartés de l'enquête. Gibbs, lui, soupçonne Arash Kazmi d'être le cerveau du complot.

La jeune Lyla Cutwright et le caporal Chad Dunn ont perdu la vie dans un accident de voiture. Les agents découvrent que le père de l'une et la mère de l'autre vivaient secrètement une aventure amoureuse. Le cousin du caporal, Brandon, révèle que les défunts étaient eux aussi en couple.

Le caporal Lance Crowe s'écroule au cours d'un entraînement, avant de mourir d'une hémorragie cérébrale. L'un des membres de l'unité du défunt, David Holland, révèle à Gibbs et son équipe que Crowe participait à des séances illégales de combat.

Gibbs et son équipe arrêtent Ajay Khan, qui figure en deuxième position sur la liste des personnes recherchées pour cyber-terrorisme. Ils interrogent le criminel dans l'espoir de faire tomber son chef, en vain.

Après avoir examiné un corps sur une scène de crime, Jimmy et le docteur Mallard emmènent la dépouille à la morgue. C'est à ce moment précis qu'ils sont tous les deux kidnappés. Leurs ravisseurs les obligent à pratiquer une autopsie sur le cadavre qu'ils emportaient.

Le barbier de Gibbs lui fait une étonnante confidence : il soupçonne son fils, Cameron, d'être le tueur en série que recherchent actuellement les services de police. Gibbs décide alors d'enquêter sur cette piste, mais la police locale lui pose rapidement problème.

La veuve d'un maître-chien de la Marine, abattu par un sniper au cours d'une mission en Afghanistan, demande au NCIS de mener l'enquête sur la mort de son époux. Peu de temps avant sa mort, il lui avait fait part de menaces qu'il avait reçues et lui avait fait parvenir un pendentif de grande valeur, ayant appartenu à une riche famille afghane.

L'officier médical Brian Haber est retrouvé mort à bord de l'USS Borealis. Aux commandes du navire, le père de Timothy McGee, un amiral brillant et estimé par ses pairs. En interrogeant un témoin, Ziva et Burley découvrent qu'avant sa mort, Haber était sur le point de divulguer des informations compromettantes au sujet de l'un des membres de l'équipage.

Callie Daniels, officier de la Navy, découvre que son appartement a été saccagé. Plus inquiétant encore, son mari, Noah, est introuvable. Les agents apprennent bientôt que Noah disposait d'un compte en banque bien fourni, doté de deux millions et demi de dollars.

Tony et Ziva, toujours sous le choc du meurtre de son père, s'envolent pour Berlin, à la poursuite d'Ilan Bodnar, l'assassin d'Eli David, et de l'épouse de Léon Vance.

Fauchés par un véhicule dans un accident provoqué par Bodnar, Tony et Ziva, légèrement blessés, perdent les diamants qu'ils avaient réussi à récupérer à Berlin. Malgré les ordres de Tom Morrow, désormais à la Sécurité intérieure, les agents du NCIS poursuivent leur enquête sur Bodnar, l'homme qui a assassiné le père de Ziva et la femme de Vance.

Evan Lowry, un quartier-maître, est arrêté alors qu'il était en train de poursuivre un homme. Conduit au siège du NCIS, il fait appel à l'équipe, affirmant être suivi et surveillé depuis plusieurs semaines. Faute d'éléments concrets prouvant ses dires, Gibbs et ses agents se demandent si Lowry est un affabulateur ou s'il faut le prendre au sérieux.

À la suite de l'arrestation de Gibbs, le Département de la Défense poursuit son investigation au NCIS, et met le futur de l'agence entière en péril. L'équipe enquête sur l'Inspecteur Général pour trouver les motivations qui le poussent à vouloir faire tomber Gibbs. Dans le même temps, la tête d'un officier de la Navy est découverte...