De nouveaux défis et des ennemis redoutables attendent l'équipe toujours aussi efficace du NCIS. Alden Parker peut compter sur ses collègues, aidés par leurs homologues de Hawaï, pour défendre son honneur et rétablir la vérité alors qu'il est accusé à tort. Tandis que la vie personnelle des agents est davantage mise en avant, ils sont également amenés à collaborer avec d'autres antennes après le suicide d'un professeur du centre de formation des agents fédéraux. Outre l'enquête initiale en commun avec la dernière franchise en date, cette 20e saison propose également un triple crossover réunissant les équipes de Washington, Hawaï et Los Angeles.