Dopo gli eventi del finale della scorsa stagione, la squadra si ritrova in un momento difficile. Callen viene infatti sospeso dal servizio, mentre Hetty cerca di abituarsi alla vita da pensionata, che sembra non fare per lei.

Un blitz all'interno di un edificio in cui si costruivano bombe in Afghanistan rivela la presenza di un marine di recente ritiratosi dalla vita militare. La squadra indaga per capire se l'uomo è tornato in Afghanistan per tradire il proprio Paese o meno.

La squadra NCIS indaga sulla morte di quattro persone durante un'esplosione in un risotrante. Apparentemente queste quattro persone erano coinvolte in una missione segreta, che sembra anche avere qualcosa a che fare con una giovane ragazza.

La squadra NCIS deve indagare sulla tragica morte di un membro dello staff di un candidato al senato degli Stati Uniti d'America, investito da un auto mentre attraversava la strada. Ben presto il caso assume una portata nazionale.

Un agente della CIA che aveva lavorato con Sam Hanna più di otto anni prima si rifà vivo per chiedergli aiuto. Poco dopo però l'uomo viene ritrovato morto, apparentemente a causa di un suicidio. La squadra però è convinta che ci sia qualcosa sotto e inizia le indagini.

La squadra NCIS continua le indagini per scoprire chi c'è dietro alla morte di un agente della CIA. L'investigazione porta a un pericoloso gruppo di super agenti russi. In una corsa contro il tempo, Hannah rischia anche di rivelare un segreto.

La squadra NCIS deve indagare sulla morte di un esperto informatico della marina, morto in circostanze misteriose nei pressi di una spiaggia. Nel frattempo Callen e Hanna indagano sulle relazioni sul lavoro della vittima.

La squadra NCIS si interroga sul movente dell'omicidio di un ex agente della CIA che era diventato milionario. Durante le indagini, si viene anche a sapere che Henrietta è in possesso di molte informazioni riguardo al caso.

La squadra NCIS indaga su uno strano colpo perpretrato da alcuni rapinatori travestiti. La posta in gioco è alta perché il crimine potrebbe avere ripercussioni sull'intera economia americana. Nel frattempo Deeks deve testimoniare a un processo.

Callen, Sam, Kensi e Deeks trascorrono il Natale a bordo di una portaerei, indagando sulla morte di un collega della NCIS. Nel frattempo, Nell ed Eric rimangono alla base, mentre Hetty ne approfitta per una vacanza.

Un ex informatore di Deeks si ritrova in pericolo di vita dopo che viene a scoprire qualcosa che potrebbe mettere fine a un traffico di auto clandestino. Nel frattempo, la squadra manda Kensi al lavoro sotto copertura.

Una vedova ha dei sospetti riguardo alla morte del marito, un capitano della marina apparentemente morto in battaglia. La squadra indaga per scoprire se si tratta solo di una copertura per nascondere qualcosa di grosso.

Callen lavora sotto copertura per infiltrarsi in una fitta rete di terroristi ceceni, che stanno cercando di reclutare mercenari stranieri per aumentare il loro numero e sferrare un attacco sul suolo americano.

Callen, Sam, Kensi e Deeks vanno in missione sotto copertura per indagare su un'imboscata legata al boss di un gruppo di contrabbandieri di droga che potrebbe avere dei legami con un'organizzazione terroristica.

La squadra indaga sull'unico sopravvissuto di un'organizzazione terroristica ormai non più operativa. Nel frattempo, Kensi e Deeks seguono altri indizi che portano in luoghi pieni di foreste.

La squadra si prende carico del caso di una persona scomparsa per un anziano afghano che aveva aiutato Sam molti anni prima quando era rimasto ferito durante una missione. Callen però crede che il suo collega abbia troppi legami personali con il caso.

Sam teme per l'incolumità dei suoi cari quando sua moglie viene richiamata dalla CIA per un lavoro sotto copertura, che prevede l'infiltrazione in una rete di terroristi russa a cui fa capo il pericoloso boss Sidorov.

L'arma del crimine di un caso nell'Idaho combacia perfettamente con quella usata in un crimine a Los Angeles. La squadra si unisce allora a un altro team, la NCIS: Red, che ha una particolarità: i suoi membri vivono e lavorano insieme per risolvere i casi nei luoghi più disparati. Prima parte di un doppio episodio.

L'arma del crimine di un caso nell'Idaho combacia perfettamente con quella usata in un crimine a Los Angeles. La squadra si unisce allora a un altro team, la NCIS: Red, che ha una particolarità: i suoi membri vivono e lavorano insieme per risolvere i casi nei luoghi più disparati. Seconda parte di un doppio episodio.

La squadra indaga su un attacco a base di cianuro che ha ucciso un tenente della marina e lasciato in serie condizioni un pilota. Gli agenti devono scoprire se si è trattato di un episodio isolato o se è stato un test per un attacco su larga scala.

Il cadavere di un boss della droga scompare nel nulla. Il team allora inizia le ricerche per ritrovarlo e scoprire chi è la talpa all'interno delle DEA responsabile dell'accaduto.

Durante le indagini sulla morte di una donna misteriosa che si scopre essere un'ex agente della NCIS, Callen ha un duro confronto con Hetty sulle sue vere motivazioni.

Deeks lavora sotto copertura per ottenere informazioni su un losco trafficante di armi. Tuttavia il suo contatto, una donna, porta l'operazione in una direzione molto pericolosa. Kensi intanto cerca di affrontare i sentimenti che prova mentre sorveglia Deeks.