L'agent spécial Leroy Jethro Gibbs, de la Section criminelle de la Gendarmerie maritime, dirige un groupe de personnes aux personnalités colorées qui enquête sur les crimes. Ceux-ci vont du meurtre et de l'espionnage au terrorisme, et sont reliés de manière assurée au personnel du corps de la Marine. L'équipe est composée d'Anthony DiNozzo, un ex-inspecteur plein d'esprit spécialisé en homicides, d'Abby Sciuto, l'excentrique spécialiste d'enquête en technique de laboratoire, de Timothy McGee, brillant lorsqu'inquiet, et de Ziva David, ex-officier de liaison du Mossad. Le Dr Donald "Ducky" Mallard contribue à la résolution de cas grâce à sa grande expérience dans le domaine de la médecine légale.