Der Naval Crime Investigative Service wird dann gerufen, wenn Verbrechen begangen werden, die gegen den Uniform Code of Military Justice verstoßen und innerhalb der Navy stattfinden. Das Hauptquartier befindet sich in Washington D.C. und steht unter der Leitung von Special Agent Leroy Jethro Gibbs. Er selbst ist ein Veteran aus dem Irak-Krieg und hat mit moderner Technik wenig zu tun. Aus diesem Grund ermittelt er gemeinsam mit einem Elite-Team, bestehend aus dem Ballistik-Experten Tony DiNozzo, dem Technikspezialisten Tim McGee, der Forensikspezialistin Abby Sciuto sowie dem Gerichtsmediziner Ducky Mallard.

Die Handlung dreht sich rund um die Arbeit einer Außenstelle des Naval Criminal Investigative Service in Louisiana. Das Team setzt sich aus Dwayne Cassius Pride, Chrostpher LaSalle, Meredith Brody, Sebastian Lund und Dr. Loretta Wade zusammen. Gemeinsam untersuchen die Ermittler spannende Fälle – vom südlichen Ende des Mississippi River bis hin zur nördlichsten Region in Texas.

Im Mittelpunkt der Handlung befindet sich der schizophrene Dr. Daniel Pierce, der in seiner Eigenschaft als Professor der Neurowissenschaft regelmäßig mit dem FBI kooperiert. Ausschlaggebend für diese Verbindung ist Kate Moretti, eine ehemalige Studentin von Daniel, die nun beim FBI als Agentin arbeitet.

Der Special Agent in Charge der NCIS-Niederlassung im Marinestützpunkt auf Pearl Harbor führt ein Team von Agenten, die versuchen, ihren Pflichten für Familie ebenso nachzukommen wie denen für ihr Heimatland. Sie ermitteln in Fällen, die Marine-Angehörige, die nationale Sicherheit und Geheimnisse der Inseln betreffen.