Dos meses después de que Gibbs y McGee fueran vistos por última vez luchando contra un elusivo grupo de rebeldes en una jungla de Paraguay, el equipo del NCIS en D.C. busca sin descanso a sus colegas desaparecidos, en el estreno de la 15.ª temporada.

El NCIS investiga el caso de un teniente de la marina que desapareció hace un año y cuyo cuerpo es localizado en un cementerio. Además, Gibbs y McGee deben pasar una evaluación psicológica antes de reanudar oficialmente sus responsabilidades laborales.

Mientras estaba en una operación de vigilancia con la policía metropolitana, el socio de Torres desaparece misteriosamente, y la investigación posterior lleva al NCIS a descubrir nuevas pruebas sobre un asesinato que sucedió hace una década.

El director Vance recibe a la agente especial del NCIS Jacqueline “Jack” Sloane, una psicóloga forense que quería en su equipo desde hace tiempo. Además, en medio de una tormenta, el equipo del NCIS investiga el secuestro de un marinero.

Después de que Reeves ve como secuestran a su amigo, el equipo descubre que el principal sospechoso desapareció hace dos días con información militar confidencial. Además una foto vergonzosa de cuando McGee era adolescente se convierte en un popular meme.

Después de que un suboficial es encontrado asesinado en un campo de golf, McGee pasa horas tratando de localizar a un testigo clave.

Después de que un delincuente convicto jura que la agencia del NCIS lo incriminó por asesinato hace una década, Gibbs comienza su propia investigación. Además, el agente sénior Fornell del FBI se une al equipo pues fue el principal investigador del caso.

Una persona del NCIS con posible información sobre un caso de soborno y fraude es encontrada asesinada después de que una extraña voz condujera a un corredor hasta el cuerpo. Además, McGee y Delilah no están de acuerdo sobre si conocer el sexo del bebé.

Los planes de Acción de Gracias del equipo se suspenden mientras rastrean a un elusivo traficante internacional de armas que recientemente asesinó a un oficial del MI6. Además, Abby debe llevar a Delilah al hospital pues su parto se adelanta tres semanas.

Mientras Torres y Sloane brindan protección al senador John Phillips en Afganistán, deben regresar urgentemente debido a que el hijo del senador está grave. Además, Gibbs y el equipo investigan el altercado que causó las heridas del hijo del senador.

Torres y Bishop van encubiertos como una pareja criminal que ofrece sus servicios durante una operación del NCIS que rastrea el tráfico ilegal de drogas fuera de la marina civil de Norfolk.

Después de que una teniente de la marina aparentemente feliz y exitosa parece haberse suicidado, Gibbs y el equipo realizan una investigación exhaustiva, con entrevistas a familiares y amigos de su pasado y su presente.

Después de que McGee y Torres visitan la casa de un estudiante de secundaria que fue testigo de un atropello, sus padres, Christopher y Julie Bell, huyen con su hija, dejando atónito al NCIS. Además, arrestan a la hija de Vance por hurtar en una tienda.

Después de que encuentran el cuerpo de un comandante de la marina desaparecido, Vance ordena a Gibbs y al equipo trabajar con el exagente del FBI Tobias “T.C.” Fornell. Además, Bishop y Torres entrevistan al asesor en inversiones convicto Albert Hathaway.

El NCIS llega a un acuerdo con el asesino convicto Paul Triff y le da un permiso de 48 horas para quedarse en su antigua residencia, ahora la casa de McGee, a cambio de información que pueda condenar a su excompañero de celda, Gabriel Hicks.

Gibbs y el equipo trabajan para limpiar el nombre del sargento de la marina retirado John Ross cuando encuentran cianuro en uno de los cientos de paquetes de provisiones que envía a los infantes de marina en servicio activo.

Gibbs y Ducky ven un antiguo bastón de guerra en la televisión que podría ser el arma asesina desaparecida en un caso sin resolver desde hace 16 años.

La sede del NCIS es evacuada después de que el equipo descubre un cuerpo y material de fabricación de bombas en el techo de la sala del escuadrón. Además, el equipo lee el primer borrador del libro de Ducky.

A Gibbs se le otorga la custodia protectora de Elena, una refugiada huérfana de 10 años, cuando un caso del NCIS revela que es el objetivo de una violenta pandilla.

NCIS busca a un suboficial sospechoso de agresión que escapa cuando el sheriff que lo transporta se precipita a un lago. Además, Torres trabaja en estrecha colaboración con Annie Barth, una testigo ciega que escuchó evidencia vital para resolver el caso.

Sara Carter le ruega a Gibbs que investigue el asesinato de su madre, ya que cree que las autoridades locales condenaron al hombre equivocado. Además, Abby gana una cena para dos en un restaurante de cinco estrellas y tiene que decidir a quién llevar.

Cuando la evidencia revela que un miembro del equipo del NCIS es el próximo objetivo de un asesino a sueldo, el equipo debe buscar en los archivos de casos antiguos para determinar quién es la persona que busca venganza.

Mientras Gibbs asiste a la ceremonia de un amigo que se perdió en el mar, descubre que el fallecido, el capitán de la marina Phillip Brooks, se ha estado escondiendo en un refugio después de que su bote fue atacado, pero logró nadar hasta la orilla.

Sloane insiste en que un hombre que la retuvo como rehén y la torturó hace años en Afganistán, y que se cree que murió después de su rescate, está vivo. Además, Vance y Gibbs temen que Sloane esté dispuesta a arriesgarlo todo en su afán de venganza.