Lors de l'inauguration d'une exposition sur l'Inquisition dans un château cathare, les visiteurs découvrent avec horreur le cadavre mutilé d'une jeune femme dans une cage de torture. Victor, un jeune homme atteint de trisomie 21, est retrouvé sur la scène du crime. Il fait aussitôt figure de principal suspect, car tout semble l'accuser. Or, Victor n'est autre que le frère de Pauline Lebrun, lieutenant de gendarmerie. La jeune femme est aussitôt démise de l'enquête et remplacée par Thomas Costella, capitaine de la section de recherches de Montpellier. Pauline met tout en oeuvre pour innocenter Victor, mais son combat n'est pas sans conséquence pour elle, ni pour ses proches...

Après plusieurs années d'absence, Annabelle est de retour à Albi, où elle a grandi, en compagnie de sa fille Pauline, âgée de 10 ans. Elle vient en effet d'être promue commissaire, devenant ainsi la première femme à prendre la direction du commissariat. Malheureusement, cette nouvelle ne semble pas vraiment ravir Marc, qui était persuadé que le poste allait lui revenir. Lorsqu'un vieil agriculteur est assassiné, puis une assistante sociale, Annabelle démarre une enquête qui lui fera découvrir au fur et à mesure ses origines. Quant à Marc, il va bien devoir travailler sous ses ordres.

Dans le Bois de Chanteloube, le corps d'Antoine Noiret, éminent professeur en oncologie, est retrouvé dans la Mare au Diable. Des signes rituels trouvés autour de la mare laissent penser que la victime a été sacrifiée à la faveur d'un Sabbat, une cérémonie de sorcellerie. Véritable sacrifice humain ou débordement tragique d'une manifestation culturelle organisée par des artistes locaux ? Pour Basile Tissier, policier à Bourges envoyé sur l'enquête en tant qu'observateur, les investigations commencent au coeur de la campagne berrichonne, celle de son enfance et qu'il a fuie. Il peut compter sur l'aide et la clairvoyance de Solène Durel, médecin de campagne, qui connaît bien les gens du coin, mais aussi la victime...

Etienne Ronsard, chirurgien humanitaire, arrive à Colmar, où il espère découvrir les circonstances de la mort de son fils Gilles, chef de brigade de la Crim' de la ville. Dès son arrivée, Etienne découvre le cadavre d'un homme affublé d'un costume d'inspiration médiévale. Anaïs Lacombe, nouvelle chef de la brigade, interroge Etienne en tant que témoin. Elle découvre son identité avec effroi : en effet, elle est convaincue que Gilles est responsable de la mort de son fiancé, lui aussi membre de la brigade, car il conduisait sous l'emprise de stupéfiants lors de l'accident qui leur a coûté la vie. Bien qu'en froid avec son fils depuis des années, Etienne ne peut croire aux conclusions de l'enquête. Il en est convaincu : son fils n'était pas drogué. Il tente de convaincre Anaïs de rouvrir le dossier concernant l'accident...

L'ex-sergent d'artillerie Hugh Patterson fait un grave malaise dans la centrale nucléaire démantelée de Santa Flora. Il décède quelques heures plus tard. L'autopsie, réalisée peu après, révèle qu'il a été exposé à des doses massives de radiations et ce, depuis des mois. Interrogée, Jamie, l'épouse du malheureux, enceinte de huit mois, est sidérée. La jeune femme leur explique en effet que son compagnon avait préféré lui cacher qu'il faisait du travail au noir sur le site, histoire de ne pas l'inquiéter. Selon la version qu'il lui avait racontée, il travaillait dans la construction afin de parer aux dépenses liées à la naissance prochaine du bébé...

Après la découverte de toute une série d'images, qui attestent que sa famille est étroitement surveillée, Sam, accompagné de son collègue Callen, décide de se rendre sur place, en Erythrée, aux côtés des soldats luttant contre la LRA, une armée dont le commandant est recherché pour les exactions commises depuis plus de dix ans. Il doit absolument savoir qui se cache derrière cette machination et en connaître la raison exacte. Pour plus de sécurité, les proches de Sam doivent envisager de quitter leur domicile. Ils seront tous relogés ailleurs, dans un endroit tenu secret...

Un transfert est décidé entre deux prisonniers, l'un Américain, l'autre Cubain. Ce dernier réussit à fausser compagnie au marshal qui assurait sa surveillance en lui injectant un puissant sédatif. Callen se voit chargé de le retrouver. Comment cet individu avait-il pu se procurer une seringue ? Les membres de l'équipe sont médusés en découvrant qu'Anna Kolcheck serait impliquée. En effet, tout semble démontrer qu'elle a aidé le prisonnier à prendre le large. Interrogé, son propre père affirme ne disposer d'aucun élément d'information. Par ailleurs, Deeks et Kensi ont leur première dispute alors que plusieurs incohérences leur sautent aux yeux. De leur côté, Callen et Sam parviennent à localiser la jeune femme...

Sam reçoit un code de détresse de son fils Aiden, qui lui annonce que son école militaire a été prise d'assaut par un groupe d'extrémistes dirigé par Tahir Khaled, l'ennemi juré de Sam. L'équipe se rend immédiatement à San Francisco. Les policiers espèrent appréhender Khaled et libérer les otages avant que d'autres organismes s'en mêlent et rendent la situation plus compliquée...

L'empoisonnement de deux agents de la Sécurité intérieure par une tueuse de la mafia chinoise conduit le NCIS à découvrir un vaste trafic d'argent dérobé au gouvernement américain, et de contrefaçons dans un entrepôt. Deeks se partage entre le terrain et l'hôpital, pour prendre des nouvelles de Kensi, qui ne s'est toujours pas réveillée...

Lorsqu'un homme est tué dans un accident de voiture, l'équipe, qui se rend sur place, trouve dans le véhicule des éléments qui lui font penser que la victime pourrait avoir des liens avec l'état islamique. Aussitôt, Kensi et Deeks décident d'aller interroger la femme de l'homme, pendant que Callen et Sam vont regarder de plus près son véhicule. L'enquête les mène à une agence de mannequins qui sélectionnerait de jeunes Américaines pour les marier à des djihadistes. Kensi se fait passer pour une apprentie top modèle afin d'en apprendre davantage. Par ailleurs, les affaires internes continuent leurs investigations sur Deeks...

Deeks est arrêté par les Affaires internes de la police de Los Angeles. Il est interrogé sur le meurtre de son ex-partenaire, un policier corrompu et retrouvé mort dans un hôtel. Le NCIS se mobilise pour trouver des preuves prouvant l'innocence de Deeks. Les agents suivent la piste de Steadman, un ancien membre des Affaires internes, arrêté par Deeks pour trafic d'armes et tout juste évadé de prison...

Le corps de Larry Overson est découvert, flottant dans une marina. Selon les premiers indices, le multi-millionnaire et entrepreneur en technologies de pointe aurait été assassiné à bord de son yacht, puis jeté par-dessus bord. L'équipe de Callen est chargée de l'enquête, car la victime a travaillé précédemment comme agent de renseignements dans la Marine. Secrètement, il aurait développé un logiciel espion permettant de collecter des données cachées. Des personnes haut placées à Washington insistent auprès d'eux pour savoir si la mort d'Overson a un rapport quelconque avec sa précédente affectation...

Le NCIS ne parvenant toujours pas à identifier la taupe au sein de ses rangs, le sous-secrétaire de la Défense Corbin Duggan investit les bureaux et prend les commandes, laissant Hetty et Granger totalement impuissants. Ces derniers n'ont toutefois pas l'intention de rester les bras croisés et décident de se battre. La meilleure tactique à adopter dans un premier temps est de prouver l'efficacité de leur travail en se concentrant sur une nouvelle affaire sensible, liée au vol de césium dans différents hôpitaux de la ville. Ce composant pourrait bien servir à fabriquer une arme nucléaire...

Pour résoudre le meurtre d'un mécanicien de la Navy, qui avait accès à des informations sensibles, l'équipe se lance dans une quête d'indices et de preuves à travers toute la ville. Dans ce cadre-là, Hetty profite de la disponibilité d'Anna Kolcheck, en attente d'un nouveau poste à l'ATF, de faire équipe avec Callen et de l'accompagner sur le terrain. En parallèle, Hetty envoie Sam interroger l'ex-agent du NCIS Carl Brown en prison, dans l'espoir de lui arracher le nom de la taupe qui se cache au sein du service...

Deux pieds, c'est tout ce que les techniciens ont retrouvé de la victime. C'est bien peu. Aucun doute : les deux pieds appartiennent à la même personne, probablement un homme, vu la pointure. Mais comment retrouver l'identité d'un être humain à partir de ses deux pieds ? Les policiers seraient bien inspirés de trouver d'autres fragments. Il se pourrait que, quelque part, un déséquilibré soit en train de jouer les Petits Poucets en semant les morceaux du corps d'un homme...

Une femme est retrouvée morte sous le pont de la Citadelle. Particularité : elle est vêtue d'une robe de mariée. Une fois de plus, l'identité de la victime est un mystère complet. Pourtant, si cette femme était sur le point de se marier, il y a forcément des gens qui la cherchent partout. Son futur mari, par exemple ?...

Le corps d'un homme est retrouvé en rase campagne. L'enquête de la police fait vite chou-blanc : les empreintes de la victime ne figurent dans aucun les fichiers, elle ne porte aucun papier d'identité et son visage tuméfié ne permet pas de l'identifier. Darius, Marijo, Ben et Duchesse sont appelés sur les lieux du crime : il s'agit en effet d'un "Invisible", un corps sans identité. A eux de retrouver celle de cet homme, et de mettre la main sur son meurtrier. Et ce, dans un délai de sept jours, après lequel l'homme sera jeté dans une fosse commune...