McGee und Torres werden zu einem neuen Fall gerufen, bei dem es um eine Bootsexplosion geht. Das Bild, das sie dort erwartet, ist besorgniserregend, denn die beiden erkennen in den Wrackteilen Gibbs' Boot. Als die Suchtrupps schließlich auf eine Wasserleiche stoßen, die es zu obduzieren gilt, ist das NCIS-Team in höchster Alarmbereitschaft und erhält Unterstützung der neuen Agentin Jessica Knight.

Nach dem Anschlag auf Gibbs' Leben stellt dieser sich tot und bleibt erst einmal versteckt, um seinen Angreifer in Sicherheit zu wiegen. Dennoch trommelt er sein Team an einem abgelegenen Ort zusammen, um weiter nach einem flüchtigen Serienmörder zu suchen. Bei den Ermittlungen stoßen die Agenten schnell auf einen mysteriösen Mann, der immer zur selben Zeit mit dem Killer am Tatort zu sein scheint.

Der mutmaßliche Serienkiller LaMere ist gefasst, doch es stellt sich heraus, dass der Mörder im Auftrag gehandelt hat. Das Team muss also herausfinden, wer für die Morde bezahlt hat.

Die Firma Sonova will unter Leitung von Sonia Eberhart eine Kupfermine mitten in Alaske bauen. Dementsprechend fliegen Gibbs und McGee dorthin. Die Mine soll allerdings die Umwelt so sehr belasten, dass sie diese womöglich zerstören kann.

Das NCIS-Team untersucht den Mord an einem Navy Kommandanten, dessen Leiche im Wald gefunden wird. Die seltsamen Spuren am Körper des Verstorbenen deuten darauf hin, dass dieser vergiftet wurde. Doch bevor eine Obduktion vorgenommen werden kann, kommt es zu einer Explosion. Die Stimmung im Team ist währenddessen angespannt, da McGee ohne Gibbs aus Alaska zurückgekehrt ist und Parker nun dessen Posten übernehmen soll.

Ein beliebter Ausbilder der Navy, der für das Training mehrerer Topathleten des Landes verantwortlich war, wird ermordet in seinem Büro gefunden. Zunächst scheint es keine Verdächtigen zu geben, doch dann entdecken McGee und Parker versteckte Drogen im Schreibtisch des Toten. Währenddessen muss sich das Team noch immer an Parkers Anwesenheit gewöhnen, womit insbesondere Nick seine Probleme hat.

Delilahs Mutter Judy findet auf einer Kreuzfahrt ihren Freund Commander Roger Burrows tot auf. Dann wird auch auf sie ein Anschlag verübt. Delilah und McGee nehmen die Frau bei sich auf und versuchen zusammen mit dem NCIS-Team, den Mord aufzuklären.

In einem Auto auf einem Schießplatz wird die Leiche eines Navy-Reservisten gefunden. Das NCIS-Team rückt an, um den Fall zu untersuchen, doch der Mörder hat seine Spuren gekonnt verwischt. Da das Opfer von unzähligen Kugeln durchlöchert wurde, muss erst einmal das Projektil gefunden werden, das zum Tod führte. Währenddessen überlegt Kasie, ob sie sich eine eigene Waffe zulegen soll.

Auf einer Marinestation in Norfolk wird die Leiche einer Frau gefunden. Die Tote, Sandra Holdren, war eine erfolgreiche Finanzberaterin. Bei den Ermittlungen im Haus des Opfers stößt das NCIS-Team auf ein dreidimensionales Hologramm von Sandra, das kurz vor ihrem Tod von einem Technologieunternehmen erstellt wurde. Nick und Jessica nutzen die einmalige Gelegenheit, das Mordopfer selbst zu interviewen.

Der Marineoffizier Rafi Nazar soll geheime Software der Navy gestohlen haben. Das NCIS-Team sucht ihn um jeden Preis, weil das Programm seinem Besitzer Zugriff auf eine Flotte Kampfdrohnen verschafft. Seine Verlobte glaubt jedoch an seine Unschuld.

Das NCIS-Team ereilt ein Notruf des Forschungsschiffes "Stargazer", das zwei hilfesuchende Marineoffiziere aufgegriffen hat. Diese sollen eine verdeckte Operation geführt haben, die jedoch unterbrochen werden musste, da ein drittes Mitglied um sein Leben bangte. Als die NCIS-Agenten die "Stargazer" erreichen, merken sie jedoch schnell, dass hier etwas nicht mit rechten Dingen zugeht.

Der Fund einer männlichen Leiche auf einer Mülldeponie ruft das NCIS-Team auf den Plan. Wie sich herausstellt, handelt es sich bei dem Toten um den IT-Spezialisten Lieutenant Junior Grade Kane Lantz, dem allem Anschein nach ein Augapfel entnommen wurde. Was hat es damit auf sich? Und warum mischt sich der Verteidigungsnachrichtendienst DIA in die Ermittlungen ein?

Das NCIS-Team wird zu einer Männerleiche gerufen, die sich auf einem Reifen eines Militärfahrzeugs befindet. Die Identifizierung ergibt, dass es sich hier um den ehemaligen Army-Private First Class Phillip Hanch handelt, der 2014 unehrenhaft entlassen wurde, vorbestraft war und sich offenbar illegal Zugang zum Stützpunkt verschaffte. Was wollte er dort? Und was hatte er mit der merkwürdigen Flüssigkeit vor, die sich in einer Flasche befand?

Leon Vances Tochter Kayla möchte nach ihrer Ausbildung in Parkers Team voll durchstarten und kann es kaum abwarten, bei ihrem ersten Außeneinsatz praktische Erfahrungen zu sammeln. Als sie den Agenten bei den Ermittlungen rund um den mysteriösen Tod des Chirurgen Dr. Masuda über die Schultern blickt und in Eigenregie riskante Entscheidungen trifft, erlebt sie schon bald die Schattenseiten ihres gefährlichen Jobs.

Das NCIS-Team untersucht den Fall einer getöteten Offizierin, die mitten in einem Park in Philadelphia gefunden wurde - unmittelbar in Tatortnähe wird obendrein eine Box mit Organen entdeckt. Was hat es damit auf sich? Während die Ermittler den Spuren nachgehen, sieht sich Parker mit seiner Vergangenheit konfrontiert und muss seinen alten Freund Billy Doyle zu der Angelegenheit befragen.

Eine missglückte Babyparty eines Unteroffiziers der Marine ruft den NCIS auf den Plan: Anstatt das Geschlecht des Kindes zu erfahren, regnete es für die werdenden Eltern buchstäblich Körperteile vom Himmel. Bei näherer Untersuchung finden die Ermittler heraus, dass die Überreste von einer seit fünf Monaten vermissten Lehrerin stammen, deren Fall in einem True-Crime-Podcast publik wurde.

Das NCIS-Team ermittelt im Fall des verstorbenen Ex-Navy-Offiziers Thomas Miller, der von einem Dach stürzte und auf dem Asphalt landete. Doch war es Selbstmord, ein Unfall oder wurde der 35-Jährige absichtlich geschubst? Wie sich herausstellt, hat Miller während seiner Dienstzeit einen schweren Verlust einer ehemaligen Kameradin verarbeiten müssen, deren Tod er offensichtlich mitverschuldete. Ob dieser Umstand mit seinem Ableben zusammenhängt?

Der NCIS wird zu einem Tatort mit drei Toten gerufen, der auf den ersten Blick einen missglückten Waffendeal vermuten lässt. Doch ein ungeahnter Zeuge malt ein anderes Bild auf: Der verurteilte Waffenschmuggler Reymundo Diaz, der vor sechs Jahren von Torres in einem Undercover-Einsatz überführt wurde und seitdem hinter Gittern saß, soll sich freigekauft haben und sinnt nun auf Rache.

Eine Einbruchserie am Marine-Stützpunkt in Quantico ruft den NCIS auf den Plan. Als die Agenten der Sache auf den Grund gehen, stoßen sie lediglich auf eine Gruppe Teenager, die sich einen Spaß machen wollte. Was auf den ersten Blick nach einer harmlosen Aktion aussieht, entpuppt sich jedoch als ernste Angelegenheit, als die Agenten herausfinden, dass die Jugendlichen das Sicherheitssystem hacken und Fake Codes generieren mussten, um überhaupt in die Gebäude zu gelangen.

Der Navy-Reservist John Murphy fährt entnervt sein Auto durch eine Waschanlage, als er schließlich am Ende der Straße von einem Mitarbeiter tot aufgefunden wird. Was ist in den wenigen Minuten vorgefallen? Die ersten Ermittlungen zeigen, dass es weder Anzeichen für einen Kampf gibt noch von außen jemand Zugang zum Fahrzeug hatte. Dr. Jimmy Palmer geht daher davon aus, dass Gift im Spiel gewesen sein muss.

Kasie Hines ruft das Team wegen einer dringenden Angelegenheit in ihr Labor: Der Zentrale wurden Bilder zugespielt, die die Entführung der ehemaligen FBI-Agentin Vivian Kolchak zeigen - dabei handelt es sich um keine Geringere als Alden Parkers Ex-Frau. Sichtlich betroffen versucht er gemeinsam mit seinem Team, Vivian schnellstmöglich aus den Fängen ihrer Kidnapper zu befreien, bevor es zu spät ist.