L'NCIS indaga sullo schianto di un aereo di trasporto che riportava negli Stati Uniti tre corpi di militari trucidati. Le indagini si complicano dopo alcuni risultati inspiegabili del test del DNA. Si scoprirà di un'esplosione in una scuola provocata da una maestra che poi si impiccherà in cella.
Holmes e Watson devono trovare un killer senza prove fisiche ad aiutarli dopo l'esplosione di una bomba all'obitorio di New York. Inoltre, Watson si insospettisce quando un detective del NYPD suo rivale le chiede una consulenza su un caso.
Le indagini dell'NCIS sullo schianto aereo portano Gibbs e Ziva in Afghanistan. Dove devono ritrovare una marine che si scopre essere sopravvissuta all'esplosione con 2 bambine, che sono state catturate dagli insorti mentre cercavano di scappare.
Mentre Dawson torna a Capeside High per discutere della sua carriera, Pacey deve tornare a casa perché suo padre ha avuto un infarto.
Per esaudire l'ultimo desiderio di un marinaio, Gibbs e il team NCIS riaprono un caso di omicidio, archiviato come morte accidentale. Il caso ricorda a Torres un momento tragico del suo passato.