Callen and Sam are trapped in an armed submarine that terrorists have aimed to hit an aircraft carrier in San Diego. Meanwhile, Hetty defies orders and forgoes her trip to Washington, as the team tries to locate and save Callen and Sam and prevent the terrorist attack.

L'Office des projets spéciaux (OPS) est une division du NCIS basée à Los Angeles et spécialisée dans les missions d'infiltration. Tête brûlée de l’équipe, l’agent G. Callen change d’identité à chaque nouvelle mission au détriment de sa vie personnelle. Son partenaire, l’agent Sam Hanna, est un ancien nageur de combat (SEAL), spécialisé dans la surveillance. Ils sont accompagnés de Kensi Blye et Dominic Vail, une jeune recrue. La saison 2 accueille le lieutenant de police du LAPD, Marty Deeks qui devient officier de liaison du NCIS. Grâce à une technologie de pointe et à des agents caméléons durement entraînés, cette unité mène à bien de complexes opérations sous couverture pour déjouer attentats et autres menaces terroristes. La responsable hiérarchique n'est autre qu'Hetty, véritable mère protectrice de la section, mais incarnant aussi le rôle de la patronne dure d'oreille.