Nell'archivio segreto di Hetty, Callen recupera la scheda dei suoi test psicoattitudinali fatti da bambino. Joelle sequestra Zasha per cercare di arrivare a Katia e vendicarsi. Hetty parte per una nuova missione.

Un anziano sottotenente di origini giapponesi, che ha servito l'America durante la guerra del Vietnam, viene brutalmente picchiato da due uomini in un parcheggio.

Un'intera squadra dell'ATF viene sterminata, durante un conflitto a fuoco, da un'organizzazione di trafficanti d'armi tedeschi. L'NCIS, seguendo il leader, scopre che nella storia è coinvolto anche il Generale dell'esercito degli Stati Uniti Collins.

Un camion pieno zeppo di armi viene rubato da una piazza di sosta. Il principale sospettato, Anders Sivac, figlio di un noto boss della mala, però, viene trovato morto e il decesso risale a prima dell'esecuzione del colpo. La squadra, quindi, oltre ad evitare che le armi vengano vendute, deve anche scoprire l'assassino di Anders.

L'agente Laura Song, informatrice della Marina, sembra che sia stata scoperta dai Servizi Segreti cinesi. Scatta per la squadra un lavoro di protezione.

Gary DeMayo sequestra un autobus prendendo in ostaggio i passeggeri. L'uomo chiede che sia riabilitato il nome di sua figlia, il caporale Kira DeMayo, morta suicida dopo essere stata in Afghanistan.

Un marinaio muore per un'overdose di LSD, una sostanza ammessa sulle portaerei perché, se assunta in microdosi, aiuta la concentrazione.

Kensi, sotto copertura, viene coinvolta in una sparatoria al confine con il Messico. Riesce a salvarsi insieme a Rosa, una ragazzina messicana immigrata illegalmente, ma entrambe sono ferite.

La squadra è chiamata a cercare la figlia di un ambasciatore americano, una nota influencer che è misteriosamente sparita. L'agente De Leon collabora con l'NCIS.

Una scienziata che collabora con i Marines viene uccisa e la sua strumentazione super-tecnologica rubata. La squadra dà la caccia ai colpevoli.

Kensi e Deeks devono trovare la donna che ha partorito e poi abbandonato il suo neonato su una nave della Marina. Nate scopre un vecchio progetto della CIA.

L'NCIS indaga su un velivolo non identificato che si è scontrato con un aereo della Marina nei cieli americani. Deeks e Kensi si preparano all'ispezione per l'adozione.

Mentre Sam riprende una vecchia identità sotto copertura per indagare sulla morte di un agente del Dipartimento di Giustizia, gli altri si occupano di un grave furto.

Per indagare sul furto in un magazzino di preziose opere d'arte, qualcuno della squadra dovrà fingersi un acquirente del mercato nero.

Rountree e sua sorella vengono fermati dalla polizia e trattati con ingiustificata durezza: un chiaro caso di pregiudizio razziale. Intanto la squadra ha un caso.

L'NCIS aiuta l'agente dell'Intelligence Akhil Ali a ritrovare un collega scomparso. Callen e Nate Getz danno la caccia a un personaggio del passato di Callen.

Mentre Deeks è stressato da un assistente sociale e Sam non riesce a vendere la barca, la squadra lavora su un caso di delitto collegato al furto di un missile.

L'NCIS lavora con l'agente della narcotici Del Campo per ritrovare un informatore scomparso, cruciale in un'operazione contro i cartelli della droga.

La squadra indaga sul tentato attacco a una base militare, finito con l'uccisione degli stessi assalitori. Intanto, Callen pensa di fare una mossa con Anna.

Sam e Callen, consci che Katya li sta spiando, si danno appuntamento per un incontro segreto. Ma Callen non solo non si presenta: sparisce nel nulla.

La squadra indaga su un grave furto in un casinò di Los Angeles. Intanto, Kensi e Deeks hanno finalmente novità sull'adozione, mentre Callen fa un passo avanti con Anna.