W kolejnym sezonie, dwunastym, zespół Gibbsa (Mark Harmon) znów stawi czoła zagadkom kryminalnym, w których nie wszystko jest tym, czym się wydaje na pierwszy rzut oka. Agenci muszą m.in. odnaleźć zabójcę dowódcy marynarki wojennej, eskortować geniusza komputerowego i poznać okoliczności śmierci Anglika przebywającego w USA.Helikopter, w którym Gibbs i McGee eskortują genialnego informatyka z NCIS, zostaje zestrzelony w odległej części Rosji. Życie agentów i ich podopiecznego jest zagrożone. Tymczasem w USA wszyscy członkowie zespołu usiłują bezpiecznie sprowadzić ich do domu.