El subsecretario de Defensa, Corbin Duggan, se hace cargo de la unidad NCIS: Los Angeles cuando no consiguen encontrar un topo en el departamento.

El equipo viaja a Siria para capturar a un objetivo muy importante, pero un miembro del equipo queda gravemente herido cuando la misión se tuerce.

El equipo de NCIS LA investiga un caso de secuestro con dos miembros menos en el equipo. Hetty es trasladada hasta DC para ser interrogada, y otro miembro continúa en la UCI tras la misión en Siria.

Cuando un agente de Seguridad Interna es envenenado por un famoso asesino de la Tríada, NCIS descubre un almacén de bolsos falsificados y un rastro de dinero hasta los fondos públicos robados. Además, Nell se une al equipo en el campo.

El asesinato de un maquinista de la marina de guerra con acreditación de alta seguridad envía al equipo a un seguimiento de pistas por toda la ciudad. Además, Anna Kolcheck se asocia con Callen y Sam ayuda a Hetty en la investigación en curso sobre un infiltrado.

Después de que un hombre de mantenimiento salva la vida de un teniente capitán, el equipo de NCIS descubre su oscuro pasado que pone a un adolescente local en peligro. Además, Sam debe decidir qué colega llevar al partido de fútbol de Los Ángeles.

Callen se encubre como paciente en un hospital de salud mental para buscar a un agente de la NSA que desapareció mientras hacía un seguimiento de una celúla del ISIS que trataba de cruzar la frontera mexicana.

Después de que un estudiante graduado que desarrolla un arma electromágnetica para la marina de guerra sea atacado, el equipo de NCIS descubre una conexión con la guerra internacional. Además, Kensi continúa su rigurosa terapia física por su lesión en la columna vertebral.

Después de que el padre de Callen, Garrison, es encontrado en una habitación de hospital de un paciente de NCIS por un caso de intoxicación por radiación, Callen debe realizar un interrogatorio. Además, el equipo habla sobre sus planes de Acción de Gracias.

Después de que una mujer desconocida ataca y asesina a dos hombres disfrazados como delegados de Sherriff delante de la casa de Callen, el equipo de NCIS consigue una nueva pista en la investigación en curso del topo. Además, Nell visita una prisión para entrevistar a un recluso que está reteniendo información sobre la infiltración en el departamento.

Sam se asocia con Anna, Callen y Deeks mientras el equipo investiga la desaparición de un teniente comandante de la Armada que está trabajando con la NSA en amenazas cibernéticas exteriores. Además, el equipo celebra las fiestas junto.

Después de que un reservista de la Marina es asesinado mientras protege a un concejal de la ciudad, Sam es enviado, en una operación encubierta, a una firma de seguridad privada con vínculos a varias organizaciones criminales. A su vez, Callen y Anna discuten los próximos pasos en su relación.

El topo compromete una vez más al equipo de NCIS dejando una prueba que acaba con las detenciones de Callen, Sam, Granger y Deeks, el día en que el subsecretario Duggan vuelve para la dimisión de Hetty.

Hetty se desentiende de los casos dejando al equipo completamente en la oscuridad, y el topo secuestra a uno de los agentes.

Las emociones se intensifican dentro del equipo cuando un agente es retenido en un lugar desconocido y torturado por el topo, mientras que otro descubre que fue traicionado por alguien que no esperaba.

Un residente de un hogar para mayores es secuestrado y el equipo de NCIS descubre a un par de estafadores: Ginger y Edward O'Boyle, que van de residencia en residencia robando el dinero a los ancianos. Además, Callen se enfrenta a su padre por una actividad ilegal que pone en peligro a su familia.

Sam asume un antiguo alias en una arriesgada operación encubierta para acabar con un escurridizo narcotraficante. Además, Hetty interrumpe la noche romántica de Callen y Anna para asignarles una misión de escolta de prisioneros.

Cuando el Ministerio de finanzas de los Estados Unidos es hackeado, Nell y Eric se encubren dentro de un retiro para parejas para rastrear a un hombre y su esposa relacionados con el crimen. Además, el Especialista Forense Digital Dave Flynn llega de la oficina de Ncis: Cyber en San Diego para llevar a cabo las operaciones mientras que Eric y Nell están en el campo de investigación.

Cuando un ingeniero que estaba desarrollando un nuevo destructor de misiles guiados es asesinado, Callen y Sam van encubiertos para rastrear a su compañero de trabajo a bordo de un avión a Tokio para vender esta inteligencia clasificada. Además, Deeks planea una reunión sorpresa para Kensi y sus amigos de fuera de la ciudad.

El equipo del NCIS investiga a una contratista de defensa, Rebecca Larmont, mientras diseña un arma de ataque nuclear después de que su marido, Víctor Larmont, tenga pruebas de que está vendiendo secretos de la Marina a un gobierno extranjero. Para llevar a cabo la investigación, Kensi se hace pasar por un bailarín profesional en el club cubano donde trabaja el marido, mientras que Deeks se encubre como el encargado del baño.

Cuando un capitán de la Armada, Charles Langston, secuestra a un administrador de Veterans Affairs que ha estado desviando fondos, el equipo de NCIS debe trabajar con los antiguos colegas de Hetty, el almirante AJ Chegwidden y el Almirante Sterling Bridges para resolver el caso.

Una investigación por el robo de una gran cantidad de oro lleva al equipo de NCIS a trabajar con los viejos colegas de Vietnam de Hetty, el Almirante AJ Chegwidden, el Almirante Sterling Bridges y el capitán Charles Langston.

Cuando la esposa de Sam, Michelle, es secuestrada en su casa, los secuestradores exigen la liberación de prisión de Tahir Khaled, el archienemigo de Sam, a cambio de información sobre el paradero de su esposa.

Después del secuestro de la esposa de Sam, Michelle Hanna, Sam se separa del equipo e intenta detener a su archienemigo Tahir Khaled, para evitar que vuelva a atacar a su familia.