Un mois après l’enlèvement de Vance, Gibbs est nommé directeur par intérim tandis que l’équipe cherche dans le monde entier des informations sur sa localisation.

Après qu'un lieutenant de la marine a été retrouvé assassiné dans son bain à remous, l'équipe interroge plusieurs familles dans le quartier de la victime. Torres, quant à lui, doit faire face aux conséquences d’une soirée passée avec Palmer.

L’un des agents du NCIS est pris au piège après avoir enquêté sur une explosion devant la maison du Contremaître de première classe Todd Nicholas, et de sa femme, la star de la télé-réalité Sheba Nicholas. De son côté, Vance poursuit sa thérapie pour soigner les blessures en captivité.

Les vacances de Gibbs sont interrompues par une visite surprise de Tobias Fornell et du capitaine de la Marine Phillip Brooks, ainsi que par un appel du NCIS lui demandant de localiser un voleur caché dans des bois à proximité du lieu où il se trouve.

Alors qu’un enregistrement vieux de 50 ans laissé par une victime est retrouvé, toute l'équipe du NCIS tente d'innocenter Ray Jennings, le Marine qui purge une peine à perpétuité pour ce crime.

Le NCIS est appelé sur une scène de meurtre le jour d'Halloween. Torres reconnaît alors une des victimes : ils ont suivi une formation ensemble par le passé. Pendant ce temps, Jimmy est convaincu que sa salle d'autopsie est hantée...

Une fresque peinte par un artiste de rue et activiste est mystérieusement volée. L'équipe du NCIS enquête et découvre un complot impliquant un sous-traitant de la Navy et la sécurité des mammifères marins. Bishop partage un lien spécial avec l'artiste en question.

McGee et Bishop partent pour l'Afghanistan enquêter sur une série de soldats morts au combat. Le NCIS soupçonne que ces morts soient liées à un corps retrouvé dans le Potomac. Pendant ce temps, Kasie accompagne Torres sur le terrain à la recherche de preuves.

L’équipe du NCIS reprend l’enquête après la libération du principal suspect d'une affaire de vol de grande envergure non résolue.

Le secrétaire à la Défense, Wynn Crawford, met fin à l'enquête de Gibbs et exige l'arrestation des agents spéciaux McGee et Torres.

Un vieil ami de la famille supplie Gibbs de se joindre à lui lors d’un road trip. Pendant ce temps, un lieutenant de la Marine, en détention préventive, au NCIS est empoisonné par un célèbre trafiquant de drogue.

Lorsque l'on découvre un lien entre un ancien agent du NCIS et l'enlèvement d'une militaire et de sa fille, Bishop en fait une affaire personnelle.

McGee remonte a l'époque du lycée pour les besoins d'une enquête.

Torres gère des stagiaires et Gibbs enquête sur un trafic de drogue.

Palmer ment a Gibbs a cause de son beau-père impliqué dans un meurtre. Dinozzo senior se joint à l'enquête.

Gibbs et Bishop sont a bord d'un sous-marin nucléaire pour enquêter sur un meurtre. Celui-ci ne donne plus aucun signe de vie ce qui inquiète le directeur Vance.

Torres se réveille dans une barque délabré avec du sang a ses cotés. Il compte sur ces collègues pour l'aider a se souvenir des 12 dernières heures.

Un hôpital naval est attaqué par un tireur fou. Le NCIS le recherche activement. Le passé de Sloane refait surface.

Le NCIS enquête sur l'assassinat d'un commandant de marine qui aurait été tué lors de l'attaque du Pentagone par le 11 septembre, après la découverte de restes humains sur un chantier de construction. Une histoire personnelle avec la victime pousse Gibbs à résoudre son crime.

L'équipe de Gibbs doit témoigner lors d'un procès concernant une très vieille affaire de meurtre et d'empoisonnement d'enfants par des crèmes glacées, résolue grâce à l'analyse systématique de l'ADN sur de vieilles affaires. Le procès est interrompu par un vice de procédure qui, malgré la culpabilité et les aveux de l'accusé, oblige le juge Deakin à libérer le prévenu.

Gibbs et son équipe recherche les membres d'une secte de justiciers tout en affrontant un élément de son passé. L'équipe découvrira cette événement qui fait que Gibbs aura un nouveau visage.

Gibbs mène une enquête tout en se confiant au docteur Confalone a cause de son passé

la santé de la nièce de Gibbs étant mauvaise, Gibbs traque un réseau de trafique de drogue. À la fin il reçoit une visite surprise.