Στην πρεμιέρα του 11ου κύκλου, μία έκρηξη που επιφέρει απώλειες στην ομάδα αλλάζει τη στάση του Πάρσονς απέναντι στον Γκιμπς. Χωρίς τα σήματά τους, ο ΝτιΝόζο κι ο ΜακΓκι ερευνούν την υπόθεση ως απλοί πολίτες, παρά τις όποιες συνέπειες.
Αποφασισμένος να εντοπίσει τη Ζίβα, ο Τόνι ακολουθεί τα ίχνη της μέχρι το Ισραήλ. Στο μεταξύ, ο Γκιμπς και η ομάδα του NCIS εξακολουθούν να κυνηγούν τον Πάρσα και τα όλο και περισσότερα μέλη της τρομοκρατικής του οργάνωσης.
Η ομάδα του NCIS καταφεύγει σε έναν ιστότοπο κοινωνικής δικτύωσης για να βρει στοιχεία σχετικά με την εξαφάνιση ενός υποπλοίαρχου. Στο μεταξύ, ο ΜακΓκι χάνει το σήμα του, αλλά παραλείπει να ενημερώσει τον Γκιμπς.
Ακολουθώντας τα στοιχεία μιας υπόθεσης δολοφονίας, ο Γκιμπς κι ο ΜακΓκι ταξιδεύουν στο Αφγανιστάν κι επισκέπτονται ένα καταφύγιο Αφγανών γυναικών, το οποίο είχε για χρόνια τη μυστική υποστήριξη του Μάικ Φρανκς.
Η ομάδα του NCIS καλείται να εξιχνιάσει τη δολοφονία ενός υπαξιωματικού του Ναυτικού. Ο ΝτιΝόζο ανατρέχει στα χρόνια του στο Αστυνομικό Τμήμα της Βαλτιμόρης, όταν βλέπει στον τόπο του εγκλήματος έναν ύποπτο από μια υπόθεση 15 χρόνων.
Η ομάδα του NCIS συνεργάζεται με την ακτοφυλακή για να ερευνήσει μια ύποπτη έκρηξη σε μια πλατφόρμα άντλησης πετρελαίου. Στο μεταξύ, κανείς δεν είναι ασφαλής από τον μυστηριώδη φαρσέρ που έχει βάλει στο στόχαστρο την ομάδα.
Με τον Γκιμπς να εγκαταλείπει την ομάδα για οικογενειακούς λόγους στα μισά μιας υπόθεσης δολοφονίας, ο Τόνι κι ο ΜακΓκι διαφωνούν για το ποιος πρέπει να ηγηθεί των ερευνών.
Η ομάδα του NCIS πρέπει να ξανανοίξει μια υπόθεση δολοφονίας, όταν η δικηγόρος του βασικού υπόπτου αποκαλύπτει στον Γκιμπς ότι ο πελάτης της έχει αδιάσειστο άλλοθι. Στο μεταξύ, η περίεργη συμπεριφορά του Τόνι βάζει σε υποψίες τον ΜακΓκι.
Μετά την ανακάλυψη διαρροής εμπιστευτικών πληροφοριών στους κόλπους του Πολεμικού Ναυτικού, η "Ελι" Μπίσοπ, μία αναλύτρια της NSA που πριν δύο χρόνια προέβλεψε με ακρίβεια το συμβάν, βοηθά την ομάδα του NCIS στην αναζήτηση του υπευθύνου.
Μπερδέματα προκύπτουν όταν τα μέλη του NCIS ανακαλύπτουν στοιχεία που συνδέουν ένα θύμα δολοφονίας με το νυν σύντροφο της πρώην συζύγου του Γκιμπς και του Φόρνελ. Στο μεταξύ, η αναλύτρια της NSA Ελι Μπίσοπ προσαρμόζεται στη νέα της ομάδα.
Ο Γκιμπς και η ομάδα του διερευνούν τα αίτια μιας μυστηριώδους ασθένειας που πλήττει παιδιά στρατιωτικών. Η Αμπι κι ο Τζίμι συνεργάζονται με το ιατρικό ερευνητικό κέντρο του Ναυτικού, ελπίζοντας να βρεθεί θεραπεία πριν τις γιορτές.
Εχοντας στοιχεία ότι πίσω από την κλοπή ενός μη επανδρωμένου αεροσκάφους κρύβεται ο ασύλληπτος τρομοκράτης Πάρσα, η ομάδα του NCIS συνεργάζεται με εκπροσώπους του Υπουργείου Εθνικής Αμυνας, με σκοπό την αποφυγή μιας ολέθριας επίθεσης.
Στον απόηχο της επίθεσης με μη επανδρωμένο αεροσκάφος, ο Γκιμπς και η ομάδα βρίσκουν στοιχεία που τους φέρνουν πιο κοντά στα ίχνη του τρομοκράτη Πάρσα. Στο μεταξύ, ο ΜακΓκι έρχεται αντιμέτωπος με τις συνέπειες των τελευταίων γεγονότων.
Ενώ η ομάδα του NCIS συνεχίζει να αναζητά τα ίχνη του Πάρσα, η δολοφονία ενός λιμενικού φέρνει στο φως νέα στοιχεία που βοηθούν τις έρευνες για τον εντοπισμό του. Στο μεταξύ, η Μπίσοπ αποκαλύπτει τη σχέση της με τον ασύλληπτο τρομοκράτη.
Μετά τον εντοπισμό ελαττωματικών αλεξίσφαιρων γιλέκων σε φορτηγό που μετέφερε κλεμμένο εξοπλισμό του πολεμικού ναυτικού, η ομάδα του NCIS αναζητά τόσο την πηγή όσο και κάποια γιλέκα που στάλθηκαν σε στρατιωτικό προσωπικό εκτός συνόρων.
Η αντιπαράθεση του ΝτιΝόζο με έναν ύποπτο έχει θανάσιμη έκβαση. Οι έρευνες που ακολουθούν καταδεικνύουν ως μοναδικό αυτόπτη μάρτυρα τον πατέρα του ΝτιΝόζο, ο οποίος βρίσκεται στην πόλη με σκοπό να αποκαλύψει στο γιο του ένα μυστικό.
Η ομάδα καλείται να ερευνήσει μια έκρηξη που σημειώθηκε στα καμαρίνια μιας φιλανθρωπικής συναυλίας και να ανακαλύψει ποιος ήταν ο πραγματικός στόχος αυτού του εγκληματικού χτυπήματος. Στο μεταξύ, ο Τζίμι ετοιμάζεται να γίνει πατέρας.
Μετά τη δολοφονία ενός γερουσιαστή στη Νέα Ορλεάνη, η ομάδα καλείται να συνεργαστεί με το FBI, με σκοπό να διαλευκανθούν τα κίνητρα αυτού του εγκλήματος, καθώς και η πιθανή σύνδεσή του με τη σύλληψη ενός διαβόητου κατά συρροή δολοφόνου.
Ο Γκιμπς κι ο ειδικός πράκτορας Πράιντ αναζητούν στοιχεία στη Νέα Ορλεάνη που να ρίχνουν φως στην υπόθεση του αντιγραφέα κατά συρροή δολοφόνου. Στο μεταξύ, ο ΝτιΝόζο, ο ΜακΓκι και το FBI συνεχίζουν τις σχετικές έρευνες απ' την Ουάσινγκτον.
Η κοπέλα του ΜακΓκι, υπάλληλος στο Υπουργείο Εθνικής Αμυνας, ζητά τη βοήθεια της ομάδας για μια αμφιλεγόμενη υπόθεση. Στο μεταξύ, ο ΜακΓκι συζητά με τον ΝτιΝόζο σχετικά με το αν θα έπρεπε να ζητήσει από την Ντιλάιλα να συγκατοικήσουν.
Η ομάδα ερευνά τη δολοφονία ενός αξιωματικού του Πολεμικού Ναυτικού, ο οποίος, όπως αποδεικνύεται, γνώριζε πολλά για μια επίθεση σε γυναίκα συνάδελφό του. Στο μεταξύ, ο ΝτιΝόζο κι ο ΜακΓκι προσπαθούν να... εξαγνίσουν το σώμα τους.
Η ομάδα καλείται να ερευνήσει την εξαφάνιση ενός φωτογράφου του Ναυτικού λίγο πριν την κατάθεσή του σε μια ακροαματική διαδικασία. Στο μεταξύ, η Αμπι προσπαθεί να βοηθήσει μια νεαρή άστεγη γυναίκα να επανασυνδεθεί με την οικογένειά της.
Ο διευθυντής Βανς αναθέτει στον ΝτιΝόζο μια ειδική αποστολή: την επιστροφή της κόρης ενός ναυάρχου απ"το Παρίσι στις ΗΠΑ. Εκείνος όμως θα αναγκαστεί να ζητήσει τη βοήθεια της ομάδας του, όταν θα βρεθεί αντιμέτωπος με ένα περίεργο έγκλημα.
Η ομάδα καλείται να ερευνήσει μια πυρκαγιά σε πλοίο του Πολεμικού Ναυτικού που αποτελούσε μυστικό χώρο κράτησης τρομοκρατών Στο μεταξύ, ο Γκιμπς επιστρέφει στο σπίτι των παιδικών του χρόνων, μετά τα νέα του θανάτου του πατέρα του.
