Po ataku terrorystów, członkowie zespołu NCIS nie mogą sie pogodzić z nagłą śmiercią Kate, a każdy z nich radzi sobie z zaistniałą sytuacją na swój sposób. Teraz ich działania skupiają się na zebraniu wszystkich możliwych informacji na temat Ariego, aby powstrzymać go, zanim wyrządzi jeszcze więcej szkód.

Podenerwowany śmiercią Kate, Gibbs cierpi jeszcze bardziej, gdy Ari porywa Ducky'ego i zaczyna igrać z jego umysłem. Tony zostaje wysłany w ślad za Zivą, a po akcji, z której Jenny i Gibbs ledwo uchodzą z życiem, zespół postanawia zrobić wszystko, żeby raz na zawsze skończyć z Arim.

Gibbs zostaje wyznaczony do przeprowadzenia rozmowy z więźniem skazanym na karę śmierci, w której ma ustalić miejsce ukrywanych przez niego ofiar. Plan nie przynosi jednak skutku, a zespół musi rozwiązać sprawę w inny sposób.

W żelaznej trumnie z okresu wojny secesyjnej zostaje znalezione ciało mężczyzny, a po bliższym zbadaniu sprawy okazuje się, że został on pochowany żywcem. W toku śledztwa Abby sprawdza w poszukiwaniu poszlak telefon, który znalazł się w trumnie. Gibbs dowiaduje się od swojej nowej przełożonej, że do jego zespołu dołączy Ziva David.

Podoficer piechoty morskiej zostaje zastrzelony. Gdy jego śmierć zgłoszono dowódcy, okazało się, że za zmarłego podoficera podaje się ktoś inny. Kto jest zatem kim? Podczas rozwiązywania zagadki kradzieży tożsamości, wiele kompromitujących szczegółów z życia obu osób ujrzy światło dziennie.

Gdy znika żona sierżanta piechoty morskiej, wszystkie dowody wskazują na to, że została porwana. Drużyna Gibbsa odkrywa jednak, że prawdopodobnie została bestialsko zamordowano na oczach internautów. Dalsze dochodzenie pokazuje, że żona oficera mogła nie być jedyną ofiarą psychopatycznego zabójcy.

Gibbs zaprzyjaźnia się z chłopcem, którego ojciec zaginął. Podczas gdy wszyscy są przekonani, że komandor podporucznik okazał się zdrajcą, zbiegłym z tajnym kodem do niebezpiecznego projektu, Gibbs wierzy w jego niewinność. Jego zdaniem nie zostawiłby on ukochanego syna na pastwę losu. Czy silna więź ojca z synem okaże się wystarczającym dowodem na to, że komandor podporucznik został porwany?

W tragicznym wypadku ginie małżeństwo. Nie jest to jednak małżeństwo, jak każde inne, lecz para zamachowców. Ziva i Tony przebierają się za nich i udają się na przyjęcie, na którym miało dojść do zabójstwa. Wierzą, że w ten sposób znajdą osobę, która za tym wszystkim stoi. To, co odkrywają, przechodzi ich najśmielsze oczekiwania.

„Tony” Di’Nozzo, ma w NCIS niebezpiecznego wroga. Jest trochę „narcyzem”, zarozumialcem i popełnia gafy, ale nie jest mordercą. Tymczasem przy damskich nogach znalezionych na plaży bazy wojskowej w Quantico ujawniono dowody, świadczące o tym, że w sprawę zamieszany jest agent NCIS Anthony DiNozzo! To kawałek rękawiczki, krew czy tapicerka – wszystko od Toniego. Ślad zębów są również jego, a w dodatku nogi, mimo, że „nie żyją” od jakiegoś czasu, nie noszą śladów rozkładu! Wszystko to, potwierdziła swoimi badaniami nieomylna Abby i równie nieomylny dr Mallard! Wszyscy są w szoku. Uważają łącznie z samym zainteresowanym, że ktoś usiłuje wrobić agenta w ohydne zabójstwo. Wszyscy zdają sobie sprawę jak wiele jest osób, które chętnie zaszkodziłyby Toniemu. FBI aresztuje Toniego i osadza go w areszcie. Abby przekonana o niewinności kolegi postanawia udowodnić jego niewinność. Dołącza do niej reszta zespołu z dyrektor NCIS Jenny Shepard. Poszukiwania sprawcy zataczają coraz szersze kręgi, ale bez rezultatu. Tymczasem, jak to często bywa, najciemniej jest pod latarnią, a sprawcy należy chyba szukać u siebie…

Podczas gdy ekipa chroni szefa operacji morskich, McGee jest świadkiem ulicznej kłótni. Strzela do jednego z mężczyzn, przekonany, że tamten do niego celował. Zabity mężczyzna okazuje się detektywem, który prowadził tajną misję. Kiedy ekipa nie może odnaleźć na miejscu pocisków ani broni innej niż ta należąca do McGee, zaczynają podejrzewać, że agent popełnił błąd żółtodzioba. Podczas gdy McGee wątpi sam w siebie, Gibbs ma podejrzenia co do spotkania, które miało miejsce w nocy. Po rozmowie z partnerem zabitego ekipa dochodzi do wniosku, że wersja wydarzeń McGee może być bliższa prawdy, niż im się wydawało.

W bazie piechoty morskiej zostaje odnalezione ciało supermodelki, która zmarła po przedawkowaniu fencyklidyny. Kręcono tam reality show, w którym dziewczyna brała udział. Jej chłopak zostaje znaleziony martwy w pobliskim motelu, po tym jak przedawkował heroinę, co pozwala bohaterom przypuszczać, że zgony miały coś wspólnego z ich związkiem. Gdy jednak okazuje się, że instruktor musztry, odpowiedzialny za reality show, również miał powiązania z modelką, ekipa musi dokładnie przyjrzeć się wszystkim, którzy pracowali przy nagraniu.

Tony i Ziva prowadzą śledztwo na składowisku, gdzie poszukują kontenera z nielegalną bronią. Zostają zaatakowani i muszą schronić się w kontenerze, w którym zostają uwięzieni. Gibbs, McGee i Abby muszą ich odnaleźć. Tymczasem Tony i Ziva odkrywają, że skrzynie z płytami DVD w kontenerze służą tylko jako przykrywka dla prawdziwego ładunku. Gdy jednak dochodzi do strzelaniny, Gibbs i McGee muszą ścigać się z czasem, by ocalić Tony'ego i Zivę przed pewną śmiercią.

Zostaje porwana komandor podporucznik marynarki, odpowiedzialna za ładunek broni nuklearnej. Gibbs i ekipa odkrywają, że tego dnia kobieta była umówiona w centrum handlowym oraz że była wolontariuszką w organizacji zajmującej się zwalczaniem pedofilii w Internecie. Pozwala to przypuszczać, że nie porwał jej terrorysta, ale pedofil, którego śledziła.

Gibbs wraz z zespołem prowadzą dochodzenie w sprawie dwóch morderstw, których ofiarami padły żony członków oddziału Marines. Podczas śledztwa detektywi zaczynają nabierać podejrzeń, że morderstwa mogły zostać dokonane na tle rasowym. Zespół pracuje razem, aby znaleźć mordercę i zapewnić ochronę innej kobiecie i jej nowonarodzonemu dziecku.

NCIS robi nalot na nielegalny warsztat samochodowy, po czym odkrywa, że w bagażniku jednego z aut znajduje się ludzka głowa. Dochodzenie utrudnia zespołowi tajemnicza korporacja, która prowadzi ciemne interesy.

Dwóch sanitariuszy ma za zadanie przetransportować ciało żołnierza piechoty morskiej, który zginął w wypadku samochodowym, lecz gdy tylko ruszają, ich samochód staje w płomieniach. Dziewczyna zmarłego żołnierza, która towarzyszyła sanitariuszom, zapada w śpiączkę. W szpitalu Gibbs spotyka człowieka, który może wyjaśnić to, co się stało.

Leśniczy oprowadza grupę skautów po Parku Narodowym Shenandoah, gdy nagle napotykają na swej drodze niedźwiedzie odchody. Grupa odkrywa z zaskoczeniem, że w niedźwiedzim menu znalazły się żołnierskie nieśmiertelniki. Rozpoczyna się dochodzenie, którego celem jest odnalezienie pozostałości po zjedzonym szeregowcu.

Zespół Gibbsa ma nietypowe zadanie. W pewnej szkole średniej kilku uczniów zostaje wziętych jako zakładnicy, a napastnikiem okazuje się ich rówieśnik Kody Meyers. Ma on przytwierdzoną do ciała bombę z zapalnikiem, jednak Gibbs podejrzewa, że nie działa on sam...

Nieopodal parku pod lodem w zamarzniętym stawie zostaje znalezione ciało sierżanta marynarki. Gibbs wraz z zespołem odkrywając nowe fakty zaczyna podejrzewać o morderstwo lokalny gang meksykańskich imigrantów.

Kryptolog, który brał udział w poszukiwaniu kreta w Pentagonie, zostaje znaleziony martwy. Wszystko wskazuje na to, że popełnił samobójstwo. Abby znajduje jednak dowody, które sugerują, że ofiara nie działała sama…

Abby to wielka chodząca tajemnica. Jej przeszłość czasami ją dopada. Tym razem jednak nie wszystko było tak, jak na to wyglądało. Dowody z miejsca rzekomej jatki w pokoju hotelowym zostały skażone gazem bojowym. Czynności przy ich badaniu spowodowały jego uwolnienie w laboratorium Sciuto, powodując jej zatrucie i realne zagrożenie życia. Okazuje się również, ze jest obserwowana, przy czym ten najbardziej rzucający się w oczy, chciał akurat chronić Abby. Jej były, uznany przez nią za wariata, zauważył to, czego nie widziały wytrenowane oczy agentów NCIS. Abby Sciuto chciała przed sądem udowodnić ważność dowodów pochodzących z zapachów. To właśnie uznał za realne zagrożenie przestępca, broniony przez adwokatkę. Ponieważ nie wierzył w skuteczność swojego prawnika wynajął innego fachowca. To jego odnalazł i wskazał Gibbsowi zwariowany były Abby. Rzeczą zasadniczą jest fakt, czy nie jest za późno na ratunek?!

Tony i Ziva przychodzą do kwatery głównej NCIS z 5 milionami dolarów i podejrzanym dilerem, który nieoczekiwanie umiera w windzie. Jego wypuszczenia oraz zwrotu pieniędzy domaga się brat zmarłego, ale agenci nie chcą spełnić jego żądań. Postanawia posunąć się więc do ostateczności.

Gibbs zostaje ranny w wyniku ataku terrorystycznego, a pozostali członkowie zespołu muszą szybko zapomnieć o swoim koledze i skupić się na prowadzeniu dochodzenia. Rolę starszego agenta przejmuje Tony, co nie do końca podoba się pozostałym. Gibbs musi zmierzyć się ze wspomnieniami, które od dłuższego czasu starał się wyprzeć z pamięci.

Gibbs wraca do zdrowia po obrażeniach, których doznał w wyniku wybuchu bomby, ale traci pamięć. Członkowie jego zespołu starają się powstrzymać grupę terrorystów przed przeprowadzeniem groźnego ataku na marynarkę wojenną.