Pendant que l'équipe enquête sur le vol d'un virus informatique, Callen et Sam envisagent leur avenir au sein de l'agence. Eric et Nell analysent l'impact de la mission d'infiltration, tandis que Mara, une banquière malhonnête, fait l'objet d'une enquête. Kensi et Deeks, quant à eux, envisagent d'avoir des enfants...

L'officier de la CIA Veronica Stephens demande à l'équipe du NCIS de l'aider à résoudre une affaire. Joseph Olonga, un ingénieur agronome nigérian, a en effet mystérieusement disparu à peine arrivé à Los Angeles. Peu avant, l'homme avait été convoqué aux Etats-Unis par Hetty en personne.

Après une augmentation des décès causés par un opioïde du marché noir, l'équipe du NCIS trouve un lien entre la drogue et un financement d'activités terroristes. Mais au fil de l'enquête Sam et les autres membres du NCIS découvrent que l'argent est employé à d'autres fins...

L'équipe du NCIS enquête sur le meurtre d'un ingénieur de guerre de la Marine, qui a été commis au cours d'une soirée de slam de poésie. Pendant ce temps, Callen demande à Nell de lui venir en aide. Il veut lancer une recherche internationale pour tenter de retrouver la trace d'Anna...

Callen se demande s'il doit ou non accepter la promotion qu'on lui a proposée. Anna Kolcheck vient le voir pour le mettre en garde car il est en danger. Afin de se protéger, il est contraint de travailler avec l'un de ses ennemis jurés pour tenter d'arrêter un réseau de trafic d'êtres humains clandestin...

Au cours d'une mission à l'autre bout du monde, dans la région du Sinaï, une équipe d'agents spéciaux est prise au piège dans une embuscade. Fatima Namazi, qui fait partie du groupe, est capturée et les malfaiteurs demandent une rançon. Callen et Sam contactent Kadri, un agent secret de la CIA, pour qu'il les aide à la retrouver...

Un agent du FBI est tué au moment où il tentait de géolocaliser un agent infiltré. Les policiers du NCIS prennent la relève et tentent de prévenir leur collègue, avant que les criminels ne comprennent qu'un espion s'est immiscé au sein de leur équipe. Le temps est compté et il faut agir vite...

Walter Anderson, un officier du département de la Défense, a disparu. Le NCIS ouvre une enquête et met tout en oeuvre pour retrouver sa trace. L'agent Sarah Raines, sa partenaire, apprend à Sam, Callen et Eric qu'Anderson enquêtait sur un ovni. Pendant ce temps, Anna prend une grande décision pour son avenir...