Callen découvre de plus en plus d'indices concernant son passé. Pendant ce temps, les relations entre les collègues évoluent. Eric n'est pas indifférent à Nell. Kensi s'intéresse à Deeks. Ce dernier subit les foudres de l'intransigeante Hetty. Mais quand celle-ci est contestée par la hiérarchie, l'équipe se ressoude autour d'elle. De même lorsque Kensi est accusée de meurtre. Quant à Sam, il paiera cher son implication dans une mission à haut risque au Soudan. L'OPS continue inlassablement de sauver le monde, s'attaquant aussi bien aux terroristes qu'aux cartels de la drogue. Un virus mortel sera au coeur d'un crossover haletant avec "Hawaii 5-0". Hunter et l'équipe s'occupent d'une affaire délicate : un officier de la marine, expert en explosifs, le sergent Marcos, a été tué au volant du 4x4 du propriétaire d'un club lugubre, Winslow, sur une autoroute de Los Angeles. Hunter demande à Sam d'opérer sous couverture en tant qu'expert en explosifs pour enquêter sur ce dossier. Elle impose aussi une réorganisation des duos au sein de l'équipe. Sam se retrouve alors avec Marty et Callen collabore avec Kensi. L'ambiance au sein du NCIS se dégrade. De son côté, Sam continue d'enquêter sous couverture. Il remonte une piste sérieuse qui le conduit à interroger un ami du sergent Marcos...