Compromise par une taupe parvenue à s'infiltrer dans ses rangs, le NCIS est placé sous la tutelle du sous-secrétaire de la Défense. Grièvement blessé au cours d'une mission en Syrie, un des agents se retrouve plongé dans le coma. En son absence, ses collègues ne chôment pas et doivent résoudre des affaires d'enlèvement, de meurtres et d'empoisonnement, opérant fréquemment sous couverture pour faire aboutir leurs investigations. Cette 8e saison est marquée par un important passage de relais, Shane Brennan, créateur de la série, ayant quitté son poste de showrunner, confié à R Scott Gemmill.