ヴァネッサ・ラシェイ演じるジェーン・テナントはNCISハワイの主任捜査官。チームのメンバーは芯の強いスペシャリストたちで、皆、仕事と家族や故郷とのバランスを取りながら、軍関係者や国の安全、そして太陽が降り注ぐ楽園の謎をめぐる難事件を捜査する。第1話では海軍の実験機がオアフに墜落。テナントたちは誰が背後にいるのかを機密情報が流出する前に突き止めなければならない。
国際強盗団が第二次大戦時の爆薬を使い、現金輸送車を襲撃する。テナント率いるNCISは、強盗団が最後の大仕事を終えて逃亡するのを阻止しなければならない。カイは新居探しを始め、ルーシーとウィスラーは先日の夜のことでギクシャクする。アーニーの現場での任務は予想以上に危険なものとなる。
ロサンゼルスが熱波に襲われた日、ノーランは初めての予備審問で裁判所に赴く。そこへ突然、警報が鳴りだし、ロサンゼルスに向けて29分後に着弾する弾道ミサイルが飛んできているという。判事のスティーヴンスが自分たちだけシェルターに閉じこもろうとするのをノーランが阻止して、被告人も含めて全員が避難する。しかし外部と連絡が取れなくなり、ミサイル警報が本物か誤報かを知ることができなくなってしまい……。
米国領土内で日本の自衛隊員が殺され、被害者の恋人が殺された日本での事件との関連性が浮かび上がる。無実の人が犯人にされる前に真犯人を突き止めようとチームが奔走する中、事態は外交危機へと発展。一方、ミリアス大佐はテナントに個人的な提案をする。
米露の捕虜交換後、ミリアス大佐とテナント率いるチームはさらに捜査を進める。ウィスラーはアーニーの勧めで、ルーシーとよりを戻すための派手なアピール作戦に出る。シーズンを締めくくる2話連続回の後編。