L’Agent Gallo fait appel à l’équipe de Walter. La fille du Gouverneur de Californie a été infectée par un virus inconnu juste après avoir reçu un virus informatique par email qui indique que quelqu’un l’a rendue malade intentionnellement. Walter se rend compte que le virus qui touche la fillette a été fait sur mesure pour l’infecter elle et personne d’autre. L’équipe essaie alors de remonter la piste du virus informatique qui les mènera à la personne qui tente de tuer la fille du gouverneur. Cette piste les amène à s’intéresser à une étude clinique réalisée par un laboratoire pharmaceutique quelques années plus tôt. Cette affaire, où la vie d’une petite fille est en danger, touche particulièrement Walter dont la sœur est atteinte d’une sclérose en plaques.
Peggy Carter a quitté New York et a dû faire le deuil de son grand amour disparu, Steve Rogers, alias Captain America. Sous le ciel de la Californie, à Los Angeles, elle est prête à toutes les rencontres.
Frost veut convaincre Wilkes de participer au nouveau test nucléaire pour créer à nouveau de l'élément zéro et contrôler ses pouvoirs. Carter et Sousa proposent d'échanger Wilkes contre l'uranium.
Alors qu’il est sous couverture pour enquêter sur un trafiquant d’armes, Callen se retrouve impliqué dans une prise d’otages. Les responsables semblent être un groupe de djihadistes, mais leurs motivations ne sont pas très claires. L’équipe du NCIS doit les neutraliser au plus vite au risque de voir un otage exécuté toutes les heures.
