In dit seizoen sluit voormalig FBI agent Alden Parker (Gary Cole) zich aan bij het team nadat de legendarische Special Agent Leroy Jethro Gibbs (Mark Harmon) onverwachts met pensioen gaat. Parker wordt meteen uitgedaagd door talloze zaken van leven of dood. Door een aanslag van bio terreur worden Jimmy (Brian Dietzen) en Kasie (Diona Reasonover) blootgesteld aan een dodelijk gif. Een moordenaar heeft het gemunt op McGee's (Sean Murray) schoonmoeder. Vance's (Rocky Carrol) dochter is gekidnapt door een kartel. Torres (Wilmer Valderrama) confronteert gevaar en een liefde uit zijn verleden als undercoveragent. Nieuwe agent Jessica Knight (Katrina Law) riskeert haar leven voor het onderzoeken van een podcast misdaad. En ten slotte, favoriet Dr. Ducky Mallard (David McCallum) maakt een verrassende rentree.