Alors qu'ils sont sous le choc du départ de Bishop et de la disparition de Gibbs, McGee et Torres arrivent à convaincre Vance d'intégrer l'agent Jessica Knight dans l'équipe du NCIS pour les aider à retrouver Gibbs après la découverte de l'épave de son bateau. L'équipe retrouve finalement Gibbs...

Vance annonce la disparition et la mort probable de Gibbs dans les médias. Il s'agit d'un stratagème destiné à rassurer le tueur. En secret, rejoint par Tobias, Gibbs participe à l'enquête aux côtés du NCIS. Les agents découvrent qu'une autre personne poursuit le tueur en série : l'agent du FBI Alden Parker.

Pour découvrir le commanditaire des meurtres, Gibbs et Cole escortent Paul Lemere jusqu'à sa première victime. Le tueur prétend en effet que l'identité de la malheureuse expliquera tout. De son côté, Jessica Knight infiltre Sonova, un groupe industriel lié aux versements perçus par le tueur à gage.

Recherché par le FBI, Gibbs poursuit son enquête contre le groupe industriel lié aux meurtres et se rend en Alaska avec McGee sur les lieux de la future mine de cuivre. Ils tentent de trouver des preuves incriminant Sonova. Au NCIS, l'équipe recherche l'article qu'allait publier la première victime.

Gibbs choisit de ne pas quitter l'Alaska, obligeant Vance à proposer le poste à Parker. Celui-ci décline l'offre à son tour mais accepte de prendre l'équipe en charge temporairement. Le NCIS fait face à une enquête qui s'annonce complexe quand le corps d'un gradé de la Marine explose peu après sa découverte.

Le NCIS enquête sur la mort du capitaine Davis. Il entraînait des athlètes à travers tout le pays et était très apprécié. Après la découverte de stéroïdes dans ses affaires personnelles, Felix Cross, son protégé, ne peut pas croire qu'il a été dopé à son insu...

L'équipe du NCIS se rend sur un bateau de croisière pour enquêter sur le meurtre d'un commandant de la Marine. Après avoir appris que c'est Judy Fielding, sa belle-mère, qui a découvert la victime, McGee doit l'accueillir chez lui pour la protéger le temps des investigations…

Le corps d'un réserviste est découvert criblé de balles dans une voiture abandonnée sur un champ de tir. Palmer doit identifier la balle qui l'a tué pendant que le reste de l'équipe enquête sur cet homme qui était également videur dans un bar entre ses missions. Kasie hésite à acquérir une arme.

Le NCIS enquête sur le meurtre de Sandra Holdren, une riche conseillère en investissements financiers retrouvée morte dans une station navale. Brouillée avec sa fille Ruby, Sandra lui avait laissé un hologramme interactif d'elle-même, avec lequel les agents vont devoir échanger pour résoudre le crime.

Le NCIS est à la recherche de Rafi Nazar, un adjudant-chef de la marine, soupçonné d'avoir dérobé un logiciel permettant de prendre le contrôle de drones militaires. On craint qu'il ne cherche à le vendre à des terroristes. Parallèlement, Palmer et McGee reçoivent, anonymement, une grosse somme d'argent.

Le Stargazer, un navire de recherche civil, recueille à son bord des naufragés, officiers de la Navy qui s'avèrent être des terroristes. Ces derniers prennent le contrôle du bâtiment. L'équipe du NCIS est appelée au secours et se rend en Atlantique Nord. Arrivés sur place en hélicoptère, Parker, Palmer, Torres et Knight sont contraints de se cacher pour échapper aux preneurs d'otages...

Le corps d'un lieutenant de la Navy est retrouvé dans un centre de tri des déchets. C'était un spécialiste de la cyber sécurité qui travaillait à sécuriser le réseau informatique de la Navy. L'un des yeux du lieutenant a disparu ainsi que l'ordinateur de l'armée sur lequel il travaillait...

Alors que Victoria, la fille de Jimmy, rend visite au bureau, l'équipe enquête sur la mort d'un intrus, impliqué dans un groupe radical préparant une attaque bioterroriste. Jimmy et Kasie inhalent un échantillon de la biotoxine que le groupe prévoyait d'utiliser, ce qui entraîne le verrouillage du laboratoire.

Après avoir obtenu son certificat d'agent du NCIS, Kayla Vance, la fille du directeur Vance, complète sa formation par un stage sous la supervision de Torres, qui doit veiller à sa sécurité. L'équipe enquête sur la mort du docteur Masuda, un chirurgien réserviste de la Navy qui aurait été empoisonné...

Le meurtre d'une femme quartier-maître conduit l'agent Parker à son vieil ami Billy Doyle, un ex truand avec qui il a commis quelques erreurs de jeunesse. Lorsque son neveu, impliqué dans l'affaire, est retrouvé mort à son tour, le désir de vengeance de Doyle va compromettre son lien d'amitié avec Parker.

Un couple organise une fête au cours de laquelle les invités doivent être survolés par un avion dont la bannière révélera le sexe de leur futur enfant. Mais les festivités sont interrompues par des morceaux de corps humain qui tombent du ciel. L'enquête du NCIS mène les agents sur la piste d'une enseignante.

Le NCIS enquête sur le suicide possible d'un capitaine de la Navy. Retraité depuis la mort d'une de ses jeunes recrue, l'homme était connu de l'équipe puisqu'il participait à un groupe de parole sur le deuil créé par Palmer, qu'il avait pour parrain Fornell et pour psychologue Grace Confalone...

Tout juste sorti de prison, Reymundo Diaz, un trafiquant d'armes, se met en quête de celui qui l'a trahi : Carlos Salazar. Nick Torres va alors devoir affronter les conséquences d'une infiltration menée quelques années plus tôt. En effet, il était à cet époque tombé amoureux de Maria, la cousine de Diaz.

Des violations de domicile se multiplient sur la base de Norfolk. Le NCIS découvre que des jeunes se réunissent dans les maisons vides pour faire la fête et identifie la responsable de la faille de sécurité qui permet d'ouvrir les portes, Teagan. Lorsqu'après une nouvelle effraction, une bombe tue un lieutenant sur le coup, Teagan est accusée de meurtre.

Le NCIS enquête sur l'empoisonnement d'un réserviste de la Navy qui travaillait également comme journaliste d'investigation. Le van dans lequel la victime a été retrouvée transport plusieurs machines à sou volées. Knight et Palmer assurent la sécurité d'un transport d'organe qui tourne mal...

Vivian Kolchak, l'ex-femme de Parker, est enlevée alors qu'elle fait son jogging, et le NCIS reçoit des photos de ce rapt. Peu après, c'est Frank Ressler, l'ancien partenaire de Parker au FBI, qui est retrouvé mort. L'ADN retrouvé sous ses ongles appartenant à Parker, celui-ci fait office de principal suspect...