Meurtres de Marines, attaques biologiques ou attentats à la bombe dans les hôpitaux ne sont que routine pour Gibbs et son équipe. Cette fois, ils doivent lutter contre le groupe terroriste très organisé dirigé par l'insaisissable Benham Parsa. Le NCIS est même directement visé par une série d'assassinats, tandis que Gibbs va devoir gérer la mort d'un proche. Cote de Pablo quitte la série après les deux premiers épisodes. Emily Wickersham prend sa place dans le rôle d'Eleanor Bishop

L'attentat qui a visé les locaux du NCIS a fait de nombreux morts. Gibbs, bien décidé à traquer l'auteur du crime, prend l'enquête à son compte. Le docteur Mallard, quant à lui, se remet lentement de son malaise cardiaque. Les agents reprennent leurs enquêtes. Mais leur vie privée vient souvent interférer avec leur vie professionnelle. Ainsi, Abby se découvre un frère, et ne sait pas si elle doit le rencontrer. DiNozzo, toujours désireux de se rapprocher de son père, s'aperçoit que les choses ne sont pas aussi simples qu'il l'aurait espéré.

Leon Vance, le directeur du NCIS, est en mauvaise posture. Enlevé par Hakim, un terroriste, il risque d'être assassiné. Il tente de passer un message à ses agents sur une vidéo que Hakim l'a obligé à tourner pour soutenir les combattants afghans. Libéré, Vance prend du temps pour se remettre de ses blessures. Pendant ce temps, Gibbs enquête sur la mort d'un soldat, retrouvé ébouillanté dans son jacuzzi. L'affaire s'annonce délicate.

À la tête de cette équipe du NCIS, qui opère en dehors de la chaîne de commandement militaire, l'agent Special Leroy Jethro Gibbs, un enquêteur qualifié dont les qualités sont d'être intelligent, solide et prêt à contourner les règles pour faire le travail. Travaillant sous les ordres de Gibbs, on retrouve l'agent Anthony DiNozzo, l'agent Abby Sciuto et le Dr Donald "Ducky" Mallard. De meurtre en espionnage anti-terrorisme et sous-marins volés, ces agents spéciaux parcourent la planète pour enquêter sur tous les crimes ayant un lien avec Marine ou le Corps de la Marine.

À la tête de cette équipe du NCIS, qui opère en dehors de la chaîne de commandement militaire, l'agent Special Leroy Jethro Gibbs, un enquêteur qualifié dont les qualités sont d'être intelligent, solide et prêt à contourner les règles pour faire le travail. Travaillant sous les ordres de Gibbs, on retrouve l'agent Anthony DiNozzo, l'agent Abby Sciuto et le Dr Donald "Ducky" Mallard. De meurtre en espionnage anti-terrorisme et sous-marins volés, ces agents spéciaux parcourent la planète pour enquêter sur tous les crimes ayant un lien avec Marine ou le Corps de la Marine.

La Naval Criminal Investigative Service regroupe une équipe d'agents spéciaux chargés d'enquêter sur des crimes concernant la Marine.

À la tête de cette équipe du NCIS, qui opère en dehors de la chaîne de commandement militaire, l'agent Special Leroy Jethro Gibbs, un enquêteur qualifié dont les qualités sont d'être intelligent, solide et prêt à contourner les règles pour faire le travail. Travaillant sous les ordres de Gibbs, on retrouve l'agent Anthony DiNozzo, l'agent Abby Sciuto et le Dr Donald "Ducky" Mallard. De meurtre en espionnage anti-terrorisme et sous-marins volés, ces agents spéciaux parcourent la planète pour enquêter sur tous les crimes ayant un lien avec Marine ou le Corps de la Marine.

Toujours soudée, l'équipe de l'agent spécial Leroy Jethro Gibbs multiplie les enquêtes. Les dossiers sensibles s'enchaînent : un télé-opérateur assiste à un meurtre par téléphone, l'épouse et la fille aveugle d'un soldat sont enlevées, un Marine avoue qu'il a tué ses camarades, soixante ans plus tôt. Autant d'investigations délicates qu'il s'agit de mener en toute objectivité.

Le Président russe vient de décéder. Un groupe de néo-nazis parvient à s'emparer d'une bombe nucléaire datant de la Guerre du Kippour. Leur prochaine cible : la ville américaine de Baltimore, où doit se dérouler la finale du Superbowl. Les terroristes espèrent ainsi que la panique générale relancera la défunte Guerre Froide. Parallèlement, des généraux extrémistes lancent une attaque chimique sur Grozny, anéantissant ainsi la capitale tchétchène au nom du gouvernement russe. Le directeur de la CIA, Bill Cabot, engage alors les services d'un brillant et intègre agent spécialiste de la Russie, Jack Ryan, afin de faire la lumière sur les derniers événements. Selon celui-ci, les principaux responsables ne sont pas les autorités russes. Jack doit faire vite pour trouver des preuves tangibles qui corroboreront sa thèse.

Emprisonnés depuis 2 mois par des rebelles après une mission de sauvetage au Paraguay, McGee et son patron Gibbs tentent le tout pour le tout afin d’échapper à leurs ravisseurs. De son côté le Directeur Leon Vance recrute une ancienne connaissance, l’agent Jacqueline Sloane tandis que Ducky se rend dans son Angleterre natale laissant Jimmy Palmer responsable des autopsies. Tous devront se méfier du retour d’un vieil ennemi d’Abby dont le passage va laisser des séquelles désastreuses.

L'épisode mexicain des enquêtes du NCIS a des répercussions aux Etats-Unis : des meurtres sont commis et le père de Gibbs se retrouve directement menacé. De son côté, Abby a bien du mal à préserver son équilibre face à la somme de travail qu'elle doit effectuer pour l'agence. Très impliquée dans une enquête, elle perd pied. Le père de DiNozzo refait surface et aide même son fils à mener des investigations. Ce dernier est très inquiet pour sa sécurité.

Ziva, qui avait disparu en Afrique orientale lors d'une mission, a beaucoup inquiété ses collègues et amis. Son retour dans l'équipe rassure sa hiérarchie. Gibbs, quant à lui, retrouve la trace de son mentor, Mike Franks, qui l'avait formé dans le métier d'agent spécial. Franks pourrait être lié à un double meurtre. DiNozzo, alors qu'il enquête sur une tentative d'assassinat sur un prince saoudien en visite, croise son père.

Les agents du NCIS poursuivent leurs enquêtes sur des affaires impliquant des militaires de la Navy, qu'ils soient victimes, coupables ou simples témoins. Gibbs et son équipe commencent par s'intéresser au cas d'un homme disparu six mois plus tôt. L'explosion d'une voiture semble reliée à ce mystérieux dossier. Plus tard, c'est la mort d'une femme, tombée du haut d'un bâtiment, qui occupe les spécialistes.

Laissé pour mort à l'issue de la saison précédente, Gibbs se remet de ses blessures et laisse DiNozzo en découdre avec La Vocation, un groupe terroriste opérant en Chine. Le NCIS retrouve ses collègues de Louisiane dans un épisode crossover avec «NCIS : Nouvelle-Orléans». DiNozzo est de nouveau mis à rude épreuve dans une enquête internationale mettant en jeu le NCIS, le FBI et les services secrets britanniques. Ziva sera directement menacée, au grand dam de Tony.

À la tête de cette équipe du NCIS, qui opère en dehors de la chaîne de commandement militaire, l'agent Special Leroy Jethro Gibbs, un enquêteur qualifié dont les qualités sont d'être intelligent, solide et prêt à contourner les règles pour faire le travail. Travaillant sous les ordres de Gibbs, on retrouve l'agent Anthony DiNozzo, l'agent Abby Sciuto et le Dr Donald "Ducky" Mallard. De meurtre en espionnage anti-terrorisme et sous-marins volés, ces agents spéciaux parcourent la planète pour enquêter sur tous les crimes ayant un lien avec Marine ou le Corps de la Marine.

L'agent DiNozzo enquête toujours au sujet de la taupe qui sévit au NCIS. Des investigations qui l'amènent à abattre un membre de l'agence. Parallèlement, le père de DiNozzo est arrêté au volant d'une voiture, qui contient un cadavre dans son coffre. Les familles des agents n'en finissent pas de leur poser des problèmes. C'est au tour du beau-frère du directeur Vance de se retrouver accusé de meurtre. Vance tente de l'innocenter et entre en conflit avec Gibbs.

Alors que Gibbs et McGee sont en Russie pour escorter un ingénieur informatique du NCIS, leur hélicoptère est attaqué. Ainsi débute leur combat contre un nouveau groupe terroriste, dirigé par un redoutable mercenaire : Sergei Mishnev. Comment Gibbs réagira-t-il lorsqu'une de ses ex-femmes sera prise pour cible par les tueurs de Mishnev ?

Le directeur Leon Vance, qui a succédé à Jenny Shepard depuis plusieurs mois, est maintenant confortablement installé à son poste. Mais Gibbs fait des découvertes intéressantes sur son passé. L'agent DiNozzo, poussé par Gibbs, prend confiance en lui. Son supérieur lui confie même la direction d'une enquête. Quant à Ziva David, elle se retrouve dans une situation compliquée lorsque le NCIS croise le Mossad sur sa route.

Les enquêtes du NCIS s'internationalisent : après avoir traité le cas d'un soldat revenu très perturbé de ses opérations en Irak, toute l'équipe d'enquêteurs se rend à Bagdad. Là, un militaire a été tué de manière bien étrange. Aux Etats-Unis, l'agent DiNozzo doit prendre une importante décision qui concerne Jeanne, la femme qu'il a côtoyée lors de sa mission d'infiltration et dont il est tombé amoureux.

L'équipe du NCIS recoit le concours de l'agent Michelle Lee, qui se montre vite ambiguë. Désireuse de bien faire, elle devient suspecte aux yeux des autres enquêteurs. D'autant plus qu'elle espionne Ziva David et nourrit des doutes sur son intégrité. Ziva David, qui traîne derrière elle son passé d'espionne du Mossad, doit toujours faire ses preuves.

Gibbs et tout le service doivent faire face à la mort de l'agent Caitlin Todd, surnommée Kate. L'attaque terroriste de Ari Haswari a complètement désorganisé la cellule d'enquête. Ziva David, une espionne israélienne, vient prêter main-forte à l'équipe. Au sommet de la hiérarchie, Tom Morrow est remplacé par Jenny Shepard. Or, Gibbs et elle ont eu autrefois une liaison.

Aux trousses d'un agent soviétique, Jackie, membre des forces de police de Hong Kong, se retrouve mêlé, bien malgré lui, à un gigantesque complot pour la possession d'armes nucléaires. Son enquête l'entraîne jusqu'en Australie où il devient la cible de mystérieux adversaires…