Trama NCIS La serie segue le vicende della principale squadra di agenti speciali dell'agenzia federale Naval Criminal Investigative Service (NCIS), denominata «Major Case Response Team» (MCRT), con sede al Washington Navy Yard di Washington. L'NCIS si occupa dei reati più gravi che vedono coinvolti membri o persone legate alla marina degli Stati Uniti o al corpo dei Marines. Il Major Case Response Team, in particolare, si occupa dei casi più difficili e delicati, quali ad esempio l'omicidio di uomini vicini al Presidente, morti di celebrità all'interno di basi della marina, minacce terroristiche e rapimenti. Il MCRT è guidata dall'agente speciale supervisore Leroy Jethro Gibbs ed è composta dal'agente Anthony "Tony" DiNozzo, dall'agente speciale Timothy McGee e dall'agente speciale Ziva David, inizialmente aggregata alla squadra come agente di collegamento con il Mossad, che ha sostituito a partire dalla terza stagione l'agente Caitlin "Kate" Todd, rimasta uccisa in servizio al termine della seconda stagione. Nelle sua indagini, la squadra è assistita dal medico legale Donald "Ducky" Mallard, dal suo assistente Jimmy Palmer, che ha rimpiazzato Gerald Jackson durante la prima stagione, e dall'analista forense Abigail "Abby" Sciuto. Al vertice dell'agenzia federale, vi è il direttore Leon Vance, che ha sostituito dalla quinta stagione il direttore Jennifer Shepard, rimasta uccisa in missione. Fino alla terza stagione l'agenzia era guidata da Tom Morrow.

Tony: Occhi più grandi Abby. Kate: No, gli occhi vanno bene. Devi ingrandire il naso. Tony: Ho capito. Vuoi che venga fuori l'identikit di Pinocchio.

Sono passati alcuni mesi da quando Gibbs ha lasciato Ziva in Israele e nessuno all’NCIS l'ha più sentita. Preoccupati che possa esserle successo qualcosa, Tony, McGee e Abby ricostruiscono i suoi ultimi spostamenti e scoprono che era in missione per rintracciare il terrorista Saleem Ulman in Nord Africa. Tony e McGee si recano in Africa per ritrovare Ziva ma vengono subito fatti prigionieri da Saleem. Il terrorista somministra il siero della verità a Tony e lo interroga sul modo di lavorare della sua agenzia, su come siano riusciti a trovare la sua base e perché siano andati fino a lì. Incapace di tacere a causa del siero, Tony ricapitola gli ultimi mesi di attività e rivela che all’NCIS tutti credono che Ziva sia morta. Tony afferma di essere partito per l’Africa per cercare vendetta nei confronti degli assassini dell’ex collega. Quando Saleem minaccia di uccidere Ziva se Tony non gli rivela chi altro dei suoi colleghi è in Africa, Tony dice a Saleem che gli rimangono trenta secondi di vita e ricorda al terrorista che il suo superiore è un cecchino. Gibbs a quel punto uccide Saleem con un colpo di fucile: i tre riescono a fuggire, anche grazie all'arrivo di Gibbs. La squadra torna subito a Washington, dove appena entra in ufficio viene applaudita da tutti i colleghi, compreso il direttore Vance.