NCIS raconte une unité d'élite, le Naval Criminal Investigative Service, dont Leroy Jethro Gibbs est le principal agent.
Recrutés dans la société civile, ces agents spéciaux enquêtent uniquement sur des crimes ayant un lien avec le personnel de la Marine des Etats-Unis y compris le Corps de marine des États-Unis qui lui est administrativement rattaché.
En plus de Gibbs, l'équipe est constituée d'Anthony « Tony » Dinozzo, un ancien policier de Baltimore, de Ziva David, agent de liaison détaché du Mossad, de Timothy « Tim » McGee, le bleu de l'équipe, d'Abigail « Abby » Sciuto, une brillante et originale scientifique au look gothique, et enfin du docteur Donald « Ducky » Mallard, le légiste du groupe. L'agent Kate Todd est tué par Ari, un snipper ennemi juré de l'agent Gibbs, à la fin de la deuxième saison
Leroy jethro Gibbs

Kate Todd

Anthony Dinozzo

Abby Sciuto

Ziva David

Timothy McGee

et le groupe