シーズン5の幕が上がり、NCISチームと狡猾な武器商人の最後の決戦は、爆発事件という衝撃的な結末を迎える。
ある国際武器商人を捕らえたことから、NCISチームは海軍の極秘兵器システムが、“グルヌイユ”(アーマンド･アサンテ) と呼ばれる大物武器商人に売り渡されようとしていることを突き止める。
ギブスは局長代理の任務に付随するお役所的な書類仕事を放り出し、NCIS本部に向かっていたタクシーの車内で見つかった他殺死体の捜査を指揮する。一方、ジェニーは自らの過去に関する秘密をつかむ。
NCIS局長が波乱含みのヨーロッパ視察旅行から戻り、ギブスと彼の部下たちは不本意ながら国土安全保障省によるポリグラフ検査を受けることに。複雑に絡み合うメンバーたちの秘密が明らかになる。
カージャック犯と被害女性が自動車事故で負傷した。女性は一時、呼吸停止に陥り、こん睡状態が続くがその原因が分からない。やがてカージャック犯は耳が不自由であることが判明。被害女性との関係や事故を起こした真相も明らかになる。ニーラはガラントの両親から2人が離婚することを告げられてショックを受ける。コバッチュはスーダンに行ってカーターを手伝いたいとアビーに打ち明けるが、アビーは賛成できない。コバッチュは代わりの人間を行かせることにする。
