Un mes después del secuestro del director Vance, en su ausencia se asigna a Gibbs como director interino mientras el equipo busca su paradero por todo el mundo, en el estreno de la 16.ª temporada.

Después de que un teniente de la marina es encontrado asesinado en su jacuzzi, el equipo entrevista a varias familias en el peculiar vecindario de la víctima. Además, Torres deberá afrontar las consecuencias tras una colérica noche con Palmer.

Uno de los agentes del NCIS queda deslumbrado después de la investigación de una explosión fuera de la casa del suboficial Todd Nicholas y su esposa actriz. Además, Vance continúa con su fisioterapia por las lesiones que sufrió cuando fue rehén.

Las tranquilas vacaciones de Gibbs en su cabaña se ven interrumpidas por una visita sorpresa de Tobias Fornell y el capitán Phillip Brooks, así como por una llamada del NCIS solicitando su ayuda para localizar a un ladrón escondido en el bosque cercano.

Después de que encuentran la grabación dejada por una víctima de asesinato desde hace 50 años, el equipo del NCIS intenta exonerar a Ray Jennings, el infante de marina que cumple cadena perpetua por el crimen.

Después de que el NCIS llega a la escena de un crimen en Halloween, Torres reconoce a la víctima como un antiguo amigo. Además, Jimmy cree que su laboratorio está poseído por fantasmas cuando los objetos se mueven misteriosamente.

Después de que un mural de un artista callejero es robado, la investigación del NCIS conduce a un contratista de la marina y a la seguridad de mamíferos marinos. Además, Bishop comparte una conexión especial con el artista callejero.

McGee y Bishop viajan a Afganistán después de que un caso de asesinato en EE. UU. está relacionado con una serie de soldados muertos en el extranjero. Además, Kasie deja el laboratorio y acompaña a Torres al campo para procesar evidencia forense adicional.

Los planes de vacaciones del equipo quedan en suspenso cuando la investigación del asesinato de un veterano de la marina incluye el descubrimiento de un bebé recién nacido sin identificar ni vínculos aparentes con alguna familia.

Cuando el principal sospechoso de un importante robo sin resolver sale de la prisión, el equipo del NCIS reanuda su investigación con una operación de vigilancia encubierta.

El secretario de Defensa de los Estados Unidos, Wynn Crawford, cierra la investigación de Gibbs de un asesinato y exige que los agentes especiales McGee y Torres sean arrestados por sus acciones en el caso.

Un viejo amigo de la familia, el cabo del ejército John Sydney, le ruega a Gibbs que lo acompañe en un viaje por carretera para buscar una identificación militar desaparecida. Además, un teniente es envenenado por un infame traficante de drogas.

Después de que encuentran a una niña de 9 años escondida en una unidad de almacenamiento, el NCIS reabre un antiguo caso de personas desaparecidas. Bishop descubre que la agente Ziva David se mantuvo en el caso después de que el NCIS dejó de investigarlo.

McGee visita su escuela secundaria después de que la contraseña de la computadora que usó en su adolescencia está relacionada con el asesinato de un contratista del departamento de defensa. El caso se agrava cuando un intruso irrumpe en la casa de McGee.

El equipo del NCIS investiga la muerte de un hombre que cayó por la borda de un destructor de la marina. Además, Torres está frustrado con la tarea de Vance de aconsejar a tres estudiantes de secundaria.

Jimmy se debate entre la familia y el trabajo después de que su suegro, Ed, le pide que altere la evidencia de la investigación actual sobre asesinato del NCIS. Además, el compañero de póquer de Ed, Anthony DiNozzo, padre, se ofrece a ayudar con el caso.

El Pentágono notifica al director Vance que el submarino nuclear en el que Gibbs y Bishop están a bordo para llevar a cabo una investigación de asesinato apagó la transmisión radial.

Torres confía en las habilidades de investigación de su equipo después de que despierta en un barco pesquero en ruinas, cubierto de sangre e incapaz de recordar las últimas 12 horas.

Tras el confinamiento de un tirador activo en un hospital naval, el equipo del NCIS busca a un sospechoso que huyó del lugar. Además, alguien del pasado de Sloane estaba dentro del hospital y es testigo clave en el caso.

El NCIS investiga el asesinato de un comandante que se cree murió en el ataque del 11 de septiembre al Pentágono después de que se descubrieron restos humanos en una construcción. Una historia personal con la víctima lleva a Gibbs a resolver su crimen.

Después de analizar ADN, Kasie esclarece un caso de asesinato sin resolver desde hace 30 años, pero un vacío legal en el sistema podría liberar al sospechoso. Además, McGee visita una empresa de tecnología en Silicon Valley que le ofreció un puesto.

Después de que el NCIS descubre una cuenta bancaria secreta del gobierno que financia una red nacional de justicieros urbanos, el equipo debe determinar quién actúa como juez y parte.

El equipo del NCIS investiga el asesinato de un sargento de la marina que fue aclamado como héroe de guerra. Además, Gibbs recurre a la doctora Grace Confalone en busca de ayuda después de que abandona a su equipo en la escena del crimen.

El exagente del FBI Tobias Fornell le suplica a Gibbs que haga lo que sea necesario para detener a los traficantes y proveedores de drogas en el área después de que su hija, Emily Fornell, fue hospitalizada por una sobredosis de opiáceos.