Clayton Jarvis, secrétaire d'Etat à la Navy, a été tué et l'ancien directeur du NCIS, Tom Morrow, blessé dans l'explosion d'une bombe. Les agents découvrent que quelqu'un tente de les éliminer un par un. Gibbs se rend à Téhéran afin de rencontrer un informateur mais tombe dans un guet-apens.

Sous l'autorité de la nouvelle secrétaire d'état à la Navy, Sarah Porter, Gibbs et l'équipe poursuivent leur enquête sur la confrérie à l'origine des attentats et tentatives de meurtres sur les membres du NCIS. Tony s'envole pour Israël, sur les traces de Ziva, et collabore avec le Mossad pour retrouver sa partenaire alors que celle-ci semble avoir volontairement disparu…

Alors qu'il pénètre dans l'appartement du lieutenant de Marine Terence Keith pour y déposer un pli important, le concierge déclenche une explosion qui lui coûte la vie. Keith demeure introuvable, mais le NCIS découvre qu'il est vraisemblablement en possession d'une grande quantité de C4.

Le NCIS enquête sur le meurtre d'une femme qui utilisait l'identité d'une marine décédée deux ans plus tôt. Le visage et les doigts de la victime ayant été brûlés à l'acide, son indentification est difficile. Ducky parvient cependant à déterminer que la jeune femme a été victime d'un crime d'honneur.

Le NCIS enquête sur le meurtre d'un marine, expert en cryptologie. Gibbs et son équipe pensent tout d'abord que ce crime est lié à une affaire d'espionnage, avant d'apprendre que la victime était sur le point d'accepter un travail très bien rémunéré dans le secteur privé.

Le NCIS fait équipe avec Abby Borin, des garde-côtes, suite à une explosion criminelle sur une plate-forme pétrolière ayant entraîné la mort d'un Marine. Par ailleurs, dans les bureaux du NCIS, quelqu'un joue des tours aux différents agents pour Halloween.

Le NCIS enquête sur la mort d'un marine, Michael Dawson, vraisemblablement victime collatérale d'un braquage qui a mal tourné. Selon le propriétaire de la boutique où se sont déroulés les faits, il aurait tenté d'arrêter le cambrioleur.

Le NCIS enquête sur un délit de fuite après la mort d'une femme quartier-maître, renversée par une voiture à Quantico. Suspecté à cause de son véhicule, un sergent confie à son avocate Carrie Clark, ancien agent du NCIS, un solide alibi qu'elle doit garder sous le sceau de la confidentialité…

Le NCIS est en alerte après avoir découvert la mise sur écoute de la Secrétaire à la Navy, Sarah Porter, via un stylo muni d'un micro. Gibbs demande à Eleanor Bishop, une analyste de la NSA brillante et atypique qui avait prédit cette brèche de sécurité dans les moindres détails deux ans auparavant, de participer à l'enquête…

Alors qu'elle s'apprête à signer les papiers de son affectation au NCIS, Ellie Bishop doit faire ses preuves dans sa première mission aux côtés de Gibbs et de l'équipe. Un Marine assassiné est retrouvé avec le portable de l'amant de Diane Sterling, l'ex-femme de Gibbs et Fornell…

À l'approche de Noël, le NCIS est mobilisé sur une épidémie frappant des enfants de Marines. Alors que les cas se multiplient rapidement, Abby fait équipe avec Carol Wilson, une amie de longue date travaillant au Centre de recherche de la Marine, pour identifier la maladie et trouver un traitement tandis que le reste de l'équipe recherche l'auteur de ce qui semble être un acte de bio-terrorisme…

Un Marine, pilote et spécialiste des drones, est abattu par un drone contrôlé par un groupe terroriste et qui pourrait servir à plus grosse échelle. Dans cette enquête, Gibbs doit collaborer avec Hollis Mann, son ex petite amie du département de la Défense. Par ailleurs, McGee hésite à accompagner sa fiancée Delilah Fielding à un gala réunissant les plus hauts responsables du renseignement…

Un attentat a été perpétré lors de la soirée de gala où McGee accompagnait Delilah. Alors que cette dernière est grièvement blessée, McGee doit subir une évaluation psychologique pour savoir s'il peut reprendre le travail pendant que Gibbs et le reste de l'équipe traquent le terroriste Parsa…

Toujours à la recherche du terroriste Benham Parsa, le NCIS suit la piste d'un corps retrouvé dans un port qui pourrait aider les agents à localiser leur homme. Plus que déterminée, Ellie Bishop révèle à Gibbs qu'elle piste le terroriste depuis 6 ans pour la NSA…

Les agents du NCIS sont appelés sur les lieux d'un accident impliquant un camion rempli de marchandises volées à la Marine. La cargaison comprend des gilets pare-balles défectueux destinés à la vente. Sur place, l'équipe trouve un sac appartenant à un adolescent.

Alors qu'il retrouve son père devant son hôtel, Tony est intrigué par un officier de la Navy qu'il doit abattre lorsque celui-ci pointe son arme sur eux. Seul témoin de la fusillade, Anthony DiNozzo Sr., venu annoncer une importante nouvelle à son fils, est alors interrogé par un inspecteur tandis que Tony est confiné dans les locaux du NCIS.

Une explosion dans les locaux d'une association de militaires cause la mort de deux Marines. Le NCIS cherche à savoir si la cible était Mannheim Gold, un rocker des années 80 qui devait faire son come-back lors d'une soirée organisée par l'association, ou si la bombe fait partie d'un projet plus vaste. Durant cette enquête, Jimmy Palmer se prépare à la paternité…

Lorsque le corps de Dan McLane, membre du Congrès, est retrouvé, Gibbs collabore avec son ancien coéquipier, l'Agent Spécial Dwayne Cassius Pride, venu de la Nouvelle-Orléans. Aidés par le FBI, les deux équipes doivent déterminer si le meurtre est politique ou l'oeuvre d'un serial killer.

Lorsque le corps de Dan McLane, membre du Congrès, est retrouvé, Gibbs collabore avec son ancien coéquipier, l'Agent Spécial Dwayne Cassius Pride, venu de la Nouvelle-Orléans. Aidés par le FBI, les deux équipes doivent déterminé si le meurtre est polique ou l'oeuvre d'un serial killer.

Après avoir retrouvé son poste à la Défense, Delilah, la petite amie de McGee, trouve une faille dans l'enquête sur le meurtre d'un lieutenant à Budapest et en informe le NCIS. La victime, un cyber-spécialiste, travaillait à démanteler un site web clandestin de vente d'armes et de drogues

En enquêtant sur la mort d'un officier de la Navy près de son port d'attache, le NCIS découvre que la victime avait reçu plusieurs appels d'une cellule spécialisée dans le harcèlement et les violences sexuelles. D'après l'agent Maureen Cabot, responsable de cette unité, l'homme avait signalé le viol d'une femme officier avec qui il était ami.

Un photographe de guerre disparaît alors qu'il devait témoigner devant la cour Martiale sur le meurtre controversé d'un civil afghan par un soldat. Lorsque l'homme est découvert mort d'overdose dans un quartier malfamé proche des bureaux du NCIS, Gibbs et ses agents enquêtent sur les dernières photos qu'il avait prises de vétérans sans abris…

Tony est envoyé en mission secrète à Marseille pour ramener la fille d'un amiral, Amanda Kendall, dont les fréquentations avec les fils d'un ministre iranien et d'un marchand d'armes russe posent des problèmes de sécurité nationale. La mission se complique lorsqu'Amanda est soupçonnée du meurtre de 5 employés des locaux français du NCIS et qu'un avis de recherche est diffusé contre DiNozzo…

Vance annonce à Gibbs la mort de son père, Jackson Gibbs, et interdit aux agents de le joindre pendant qu'il règle les funérailles dans sa ville natale. En l'absence de leur chef, les membres du NCIS enquêtent sur un incendie criminel à bord d'un navire de la Marine transportant des terroristes, au cours duquel deux hommes affiliés à Benham Parsa se sont évadés…