Dopo l'attacco terroristico, i membri del team NCIS devono fare i conti, ciascuno a modo suo, con le conseguenze della morte di Kate. Nel frattempo, cercano anche di raccogliere tutte le informazioni possibili su Ari per catturarlo ed evitare che colpisca ancora.

Ancora stressato e sotto shock per la morte di Kate, Gibbs deve anche affrontare il rapimento di Ducky da parte di Ari, che inizia anche a giocare con la sua mente. Gibbs inoltre manda Tony a seguire Ziva.

Gibbs riceve l'ordine di andare a parlare con un condannato alla pena di morte per scoprire qualche informazione sul luogo in cui uccideva le sue vittime, ma quando il piano non funziona, l'NCIS è costretta a risolvere il caso a modo suo.

Il cadavere di un uomo viene trovato all'interno di un tomba risalente alla Guerra Civile; le indagini svelano che la vittima era un Sergente dell'Esercito e che era stato sepolto quando ancora era vivo.

Un ufficiale viene raggiunto da un proiettile che lo colpisce mortalmente mentre si trova alla guida su una strada. Le indagini dell'NCIS scoprono che l'uomo conduceva probabilmente una doppia vita e che alla base del crimine ci potrebbe essere questo motivo.

L'NCIS ha in carico un caso insolito: la moglie di un Marine viene uccisa in diretta su internet. Le indagini rivelano che due casalinghe che gestivano un sito a luci rosse sono scomparse e potrebbero essere connesse al crimine.

Un bambino di sei anni informa l'NCIS che suo padre è stato rapito. Le indagini rivelano che la persona rapita è un Luogotenente della Marina che stava lavorando ad un progetto segreto denominato "Honor".

I cadaveri di due assassini vengono recapitati al quartier generale dell'NCIS. Tony e Ziva vengono inviati in missione sotto copertura, prendendo l'identità dei due assassini, per scoprire chi li avesse assunti.

Tony viene accusato dell'omicidio di una donna, il cui cadavere viene ritrovato al Quantico. I suoi colleghi cercano di dimostrarne l'innocenza, cercando di fare del loro meglio visto che tutte le prove sembrano contro di lui.

Mentre è in servizio, McGee spara e uccide un uomo che si scopre solo dopo essere un poliziotto sotto copertura. Quando Jenny decide di autorizzare le indagini nei suoi confronti, il team NCIS fa di tutto per dimostrare la sua innocenza.

Mentre si stavano tenendo le riprese di un reality show all'interno di una base militare della Marina, una modella viene uccisa. Il team di Gibbs deve riuscire a scoprire chi è stato il colpevole e quali motivazioni avesse.

Mentre stanno indagando su un'imbarcazione alla ricerca di armi di contrabbando, Ziva e Tony scompaiono senza lasciar traccia e spetta ai loro colleghi dell'NCIS ritrovarli. Abby cerca di rintracciarli utilizzando i loro localizzatori GPS, dai quali però non arriva nessun segnale.

Quando il Comandante incaricato di consegnare un carico di rifornimento per una centrale nucleare sparisce, l'NCIS viene chiamata ad indagare. Il tempo però stringe, visto che chi ha rapito il Comandante potrebbe venire a conoscenza di importanti segreti militari.

Il team NCIS è alle prese con due casi di omicidio, entrambi riguardanti l'uccisione delle mogli di due ufficiali della Marina. Gli uomini di Gibbs devono correre contro il tempo per individuare il killer e evitare che ci sia una terza vittima.

L'irruzione in un'officina dove si vendono auto rubate porta alla luce una serie di teste di marine mozzate e custodite nel bagagliaio di una delle auto. Le indagini fanno risalire ad alcuni sospettati.

Un'ambulanza che stava trasportando i resti di un ufficiale della Marina che era morto in un incidente d'auto salta improvvisamente in aria. Il team NCIS viene chiamato ad indagare per stabilire che cosa sia veramente successo.

La targhetta di un sottoufficiale viene trovata nel bosco da un gruppo di ragazzini e del caso se ne occupa l'NCIS. Mentre il team è alla ricerca di dove si trova il Marine, essi scoprono che l'uomo non era da solo ma in compagnia di una donna.

Tutti gli uomini dell'NCIS sono al lavoro per impedire a un ragazzo di far saltare in aria la bomba che ha legata attorno al corpo, mentre si trova in una scuola della base di Quantico. Per risolvere la situazione, si muove in prima persona Gibbs.

Gibbs e i suoi vengono chiamati ad investigare quando due bambini scoprono il cadavere di un Marine all'interno di un lago ghiacciato. Mentre setacciano il lago alla ricerca di qualche indizio, fanno però altre macabre scoperte.

Un crittografo del Pentagono viene trovato senza vita. Il team NCIS deve stabilire se l'uomo era o meno una talpa all'interno dell'FBI e se la sua morte sia stata un omicidio oppure semplicemente un suicidio.

Mentre stanno indagando su un normale caso di omicidio, Abby viene quasi uccisa da una delle prove che stava esaminando. Ulteriori accertamenti rivelano che il caso a cui lavoravano era stato una messa in scena e che qualcuno probabilmente vuole Abby morta.

Il team NCIS si trova a dover proteggere Ziva, dopo che un sospettato muore mentre si trovava in custodia e la colpa potrebbe essere stata delle sue tattiche. Le cose si fanno ancora più complicate quando il fratello del sospettato rapisce Jenny.

Mentre è al lavoro su una missione, Gibbs viene gravemente ferito e portato all'ospedale, dove ricorda il suo doloroso passato che ha sempre cercato di nascondere agli altri. Il resto del team, intanto, deve procedere con le indagini.