Agenten “G” Callen (Chris O’Donnell) en Sam Hanna (LL Cool J) leiden hun team van goed getrainde agenten bestaande uit Special Agent Kensi Blye (Daniela Ruah), LAPD liaison Marty Deeks (Eric Christian Olsen), technologiewonder Eric Beale (Barret Foa) en informatie-expert Nell Jones (Renée Felice Smith). Dit seizoen moet het team de geliefde Operations Manager Hetty Lange (Oscar® winnares Linda Hunt) beschermen tegen een levensgevaarlijke vijand uit de Koude Oorlog terwijl zij zelf bloot worden gesteld aan een onderzoek van het ministerie van Defensie. De Assistant Director van NCIS, Owen Granger (Miguel Ferrer), heeft moeite om de eenheid in toom te houden wanneer zij alle grenzen opzoeken om hun land te verdedigen, hun missie te voltooien en hun eigen mensen te beschermen.