Callen chce podjąć się misji w pojedynkę, gdy zamordowany zostaje zwolniony warunkowo przestępca, którego on sam wsadził za kratki. Do tego celu przybiera jedną ze swych starych fikcyjnych tożsamości, podczas gdy reszta ekipy próbuje wspierać go, śledząc jego poczynania.

Callen pragnie podjąć samodzielne śledztwo, gdy ginie zwolniony warunkowo Joey Gale, skazany, którego posłał za kratki. Ofiara na kilka godzin przed śmiercią wysłała do niego email. Niedawno na wolność wyszli jego wspólnicy. Śledztwo oznacza dla Callena spotkanie z siostrą Joeya i konfrontację z jej trudną sytuacją rodzinną.

Rutynowe ćwiczenia przerywa ekipie sygnał „Agent potrzebuje wsparcia". Rozpoczynają się poszukiwania zaginionego agenta. Należący do niego samochód był ostrzelany. Wkrótce okazuje się, że zasadzka była przygotowana ze sporym wyprzedzeniem, lecz porwany podejrzewał, że jest śledzony. W sprawę zamieszani są Kolumbijczycy. Podczas wymiany zakładników akcja przybiera nieoczekiwany zwrot.

Podczas ataku na laboratorium wytwarzające narkotyki na miejscu zbrodni zostają znalezione ciała Marines. Wkrótce okazuje się, że w rzeczywistości nie byli żołnierzami, choć mieli autentyczne mundury i dokumenty. Śledztwo musi ustalić, czy stanowią zagrożenie dla bezpieczeństwa. Pojawiają się dowody łączące ofiary z Esther Balmore, która odpowiada za ściśle tajny projekt rządowy dotyczący przekształcenia jadu kiełbasianego w skuteczną broń. Wychodzi na jaw, że chemiczka zdołała przygotować dość trucizny, by zabić kilka milionów ludzi, zaś toksyna ma zostać sprzedana na aukcji.

Agentka Kensi Blye zostaje postrzelona podczas napadu na bank. Pozostali klienci stają się zakładnikami. Akcja cofa się o jeden dzień by ukazać, jak doszło do napadu. Ekipa prowadzi śledztwo w sprawie pieniędzy skradzionych w Bagdadzie przez organizację terrorystyczną. Jedyny ślad prowadzi do sierżanta Chada Jeffcoata, który wiedział o przesyłce.

Pod mostem zostaje znalezione ciało komandora podporucznika marynarki wojennej Calvina Lee. Początkowa teza mówiąca o samobójstwie musi zostać zrewidowana, gdy na jaw wychodzą kolejne zdarzenia: sekretny kochanek z poderżniętym gardłem, narzeczona mająca związki z chińską mafią i ojciec, który dowiaduje się o córce, której nigdy wcześniej nie znał.

Po śmierci marynarza w nielegalnym wyścigu ulicznym zespół NCIS odkrywa, że do samochodu ofiary ktoś świadomie wprowadził usterki a zamontowane w nim urządzenia to tajne prototypy sprzętu będącego własnością Amerykańskiej marynarki wojennej. Agent Callen jest zmuszony wziąć udział w kursach doszkalających dla kierowców.

Zespół śledczych z NCIS bada sprawę ulicznej strzelaniny, a jedyną osobą, która może dostarczyć im odpowiedzi jest młodszy brat ofiary, potencjalna ofiara kolejnego ataku. Agenci badają powiązania pomiędzy lokalnymi gangami a członkami marynarki wojennej.

Zespół NCIS prowadzi dochodzenie w sprawie zamordowanego żołnierza piechoty morskiej. Agent Sam Hannah otrzymuje zadanie przeniknięcia do szeregów zawodników MMA i zostaje zmuszony do wzięcia udziału w pojedynku w klatce.

NCIS prowadzi dochodzenie w sprawie zabójstwa oficera marynarki wojennej. Do współpracy zostaje przydzielony oficer łącznikowy z LAPD Deeks, który okazuje się niezbyt pomocny, ze względu na brak sympatii wśród innych pracowników departamentu policji w Los Angeles. W toku śledztwa agenci poznają Aubrey Darvę, córkę bogatego inwestora, która wprowadza ich w świat hollywoodzkich elit.

Porwana zostaje córka wojskowego. Sprawca zamyka ją w drewnianej skrzyni i zakopuje żywcem. Podobne porwania miały miejsce już wcześniej, żadna z ofiar nie przeżyła. Rozpoczyna się dramatyczny wyścig z czasem o życie dziewczynki. W trakcie poszukiwań do Sama wracają dawne wspomnienia.

Callen prowadzi negocjacje ze swoim byłym partnerem, Tracy Kellerem, po tym, jak w centrum poborowym marynarki wojennej zostają wzięci zakładnicy. Głównym celem agentów staje się dojście do informacji na temat skradzionych rakiet typu Spike.

W wyniku działań grupy terrorystycznej zostaje zamordowany pracownik departamentu stanu i chirurg plastyczny. Drużyna NCIS rozpoczyna gorączkowe poszukiwania jedynego świadka, który jest w stanie zidentyfikować oprawców.

Agenci NCIS odnajdują ciało byłego sierżanta, odpowiedzialnego za dochodzenia w sprawach o najwyższym priorytecie, i wyruszają na poszukiwania liderów grupy terrorystycznej, stojącej za morderstwem. Deeks nawiązuje kontakt z osobą, której bardzo zależy na znalezieniu sprawców.

Zamordowany zostaje handlarz bronią, Kurt Renner, a Hetty wysyła zespół NCIS w poszukiwaniu czarnego notesu należącego do ofiary, w którym znajdują się rzekomo ściśle tajne informacje. Jeśli wpadnie on w ręce zabójców, mogą zginąć kolejne osoby. Okazuje się, że Renner otrzymał go od dawnego znajomego Hetty z czasów szpiegowskich, Branstona Cole’a.

Po zabójstwie Cole’a Hetty jest zdeterminowana, by odnaleźć sprawców i czarny notes, który zniszczył wiele istnień. Nagranie z kamer w domu opieki, w którym przebywał Cole, zostały zniszczone przez zabójców, jednak jedna z pielęgniarek pomaga zespołowi uzyskać niewyraźny obraz dwóch mężczyzn. Callenowi udaje się usłyszeć, że rozmawiali między sobą po rosyjsku.

Nadeszły święta, jednak agenci NCIS mają pełne ręce roboty. W spokojnej dzielnicy ma miejsce strzelanina, w której giną dwie osoby. Przeżył jedynie były agent NCIS, Brett Talbot, który cierpi na zespół stresu pourazowego. Zespół musi dowiedzieć się, kto zabił dwóch mężczyzn w jego domu oraz czy incydent miał coś wspólnego z pracą wywiadowczą Talbota w Afganistanie. Kensi udaje się porozumieć z mężczyzną.