Callen et Sam collaborent avec le capitaine de la marine Harmon Rabb Jr. pour appréhender des espions sur l'USS Allegiance.

Face à de multiples affaires à travers le globe, l'équipe se sépare, Callen et Sam collaborant avec l'agent du Mossad Eliana Sapir à Tel-Aviv tandis que Kensi fait équipe avec l'agent du ministère de la Justice Lance Hamilton à Los Angeles.

Callen et Sam assurent la protection rapprochée de l'ancien amiral Kilbride lors d'une mission visant à retrouver un espion de la marine disparu.

Alors que Callen et Sam sont à bord de l'USS Allegiance, le navire est placé en quarantaine.

L'équipe recherche un tableau volé, évalué à 40 millions de dollars, après avoir appris en ligne qu'il allait être vendu au marché noir pour financer un groupe terroriste.

L'équipe collabore à contrecœur avec deux anciens criminels anglais, Ricky Dorsey et Frankie Bolton, après qu'un puissant trafiquant d'armes a enlevé la fille de Ricky dans le but de mettre la main sur un dangereux système d'armement.

Une enquête pour retrouver un prototype de drone sous-marin conduit l'équipe à la soirée dantesque d'un streameur de jeu vidéo. De plus, Callen et Sam croisent à nouveau la route de la courtière en assurance Katherine Casillas.

Quand un lieutenant de la marine disparaît après un accident de voiture, l'équipe fouille la scène du crime et découvre que son ordinateur a disparu, ainsi que les données confidentielles d'anciens SEAL.

Callen et Sam se rendent à San Francisco pour retrouver Beale, enlevé lors d'une mission sous couverture.

Akhos Laos (Carl Beukes), ancien agent secret autrefois recruté et formé par Hetty Lange, revient se venger d'Hetty pour la vie qu'elle lui a fait mener, dans ce 250e épisode.

Tandis que l'équipe enquête sur le vol d'un virus informatique, Callen et Sam réfléchissent à leur avenir dans l'agence, Kensi et Deeks essaient d'avoir un enfant et Eric et Nell analysent l'impact de la mission d'Eric sur leur couple.

Après une vague de décès liée à l'augmentation d'achat d'opiacés au marché noir, l'équipe découvre que ce trafic finance des activités terroristes.

L'agent de la CIA Veronica Stephens demande l'aide de l'équipe quand un ingénieur agricole qu'Hetty lui a demandé d'escorter aux États-Unis disparaît.

L'équipe enquête sur le meurtre d'un ingénieur militaire de la marine lors d'une soirée slam. Pendant ce temps, Callen demande à Nell de l'aider à retrouver Anna.

Anna Kolcheck revient pour avertir Callen qu'il est en danger et doit désormais faire équipe avec son ennemi juré pour mettre fin à un trafic clandestin.

Quand Fatima est capturée et retenue en otage lors d'une mission, Callen et Sam recrutent un agent de la CIA sous couverture, Kadri, pour la sauver.

Quand un agent du FBI est tué en essayant de retrouver un agent sous couverture, le NCIS doit retrouver l'agent disparu avant les criminels sur lesquels il enquêtait.

Tandis que le NCIS enquête sur la disparition d'un membre du ministère de la Défense qui étudiait une récente apparition d'OVNI, Anna prend une décision inattendue pour l'avenir.

Tandis que Sam enquête sur le meurtre d'un exilé iranien cherchant à renverser le régime actuel, il doit également essayer de sauver l'agent Rountree, un nouveau qui fait face à un premier jour difficile en déclenchant accidentellement une bombe.

Le NCIS assiste le ministère de la Justice pour enquêter sur un incendiaire visant un bunker du FBI où se cache un militant politique recherché. Pendant ce temps, Eric doit composer avec le départ de Nell.

Sam, Callen et Rountree se rendent en Afghanistan quand le lieutenant-colonel Sarah "Mac" MacKenzie demande au NCIS de les aider sur une mission délicate, après que deux SEAL ont affirmé que leur chef avait assassiné un prisonnier désarmé.

L'équipe aide une ancienne opératrice technique du NCIS à retrouver son ex-coéquipier disparu.