Når et russisk bombefly forsvinner mens de flyr over amerikansk jord, må Callen og Sam spore det opp i ørkenen og sikre våpnene før russerne om bord ødelegger flyet.
Da rettssaken begynner mot underoffiseren, som Callen og Sam arresterte for krigsforbrytelser i fjor, blir NCIS-teamet tilkalt for å hjelpe til med å finne det savnede hovedvitnet.
Når Nell sender Sam for å møte en informant som planlegger å avsløre en militærhemmelighet, er Hannas liv i fare når mannen forsøker å kjøre på ham og drepe ham.
Liket til en drept marinereservist blir funnet av tyver under et ran, og NCIS må nå samarbeide med innbruddstyvene for å finne morderen.
For å få informasjon i en sak som omhandler den nasjonale sikkerheten, må Kensi stå ansikt til ansikt med en sosiopat som har vært besatt av henne siden hun satte ham i fengsel for mange år siden.
Før jul får Callen tildelt en sak rundt hennes tidligere fosterbror og hans kone, som ble arrestert når de kom tilbake til USA for å ha smuglet narkotika over grensen i oksygentankene hennes.
NCIS-teamets drapsetterforskning av en mann som solgte militærinformasjon fører til bortføring av en lege som kan utvikle avanserte våpen.
Når NCIS etterforsker drapet på en mann som skulle til å avsløre kilden til en massiv forfalskningsoperasjon, blir en gammel bekjent deres viktigste mistenkte.
En organisert kriminalleder forsøker å kjøpe stjålet forsvarsteknologi. Deeks blir kastet ut av NCIS-trening kun for å finne ut av at Hetty har en stor overraskelse til ham.
Når datteren til Sam, Kam, blir kidnappet etter å ha deltatt i protester, gjør han alt for å finne henne igjen. I tillegg vender Deeks tilbake til NCIS, og Callen søker etter svar om Anna.
Callen drar for å avhøre en russer fra det styrtede flyet, som han etterforsket for flere måneder siden, men ting snur når han blir beskyldt for å være en russisk spion.
Nell holder teamets leting etter Katya hemmelig fra Callen. Callen sporer opp personen som har fulgt etter ham til et øde sted fylt med russere... hvor han havner ansikt til ansikt med Anna.
Callen og NCIS blir nødt til å bruke Anna som agn for å redde Joelle fra ytterligere tortur hos russerne. Callen oppdager endelig hvem som beskyldte ham for å være en russisk spion.
Teamet oppdager at Anna blir holdt fanget av en gruppe som har tilknytning til hennes oppvekst, og de må redde henne før hun blir tvangsflyttet til Russland.
NCIS får tak i en harddisk som inneholder en realistisk falsk video av en avdød terrorist, og må finne den farlige teknologien bak. Men en av deres egne blir offer for teknologien.
Innenfor den amerikanske marinens etterforskningsorgan, NCIS, finnes det en spesialavdeling hvor man pågriper farlige forbrytere som utgjør en trussel for landets sikkerhet.
Når en Naval Intelligence Officer blir torturert og myrdet, må NCIS samarbeide med Joelle som informerer dem om at andre CIA-agenter har blitt drept på samme måte.
Callen, Sam og Nell reiser til Angeles Forest for å lete etter deler av en mislykket rakettoppskytning, inkludert et topphemmelig regjeringsapparat.