Special Agent Leroy Jethro Gibbs è il leader di un team di agenti speciali appartenenti al NCIS (Naval Criminal Investigative Service) Major Case Response Team. Gibbs, un ex Marine, è un investigatore duro e un interrogatore altamente qualificato che si affida al suo istinto tanto quanto alle prove.
Gibbs' second in command è Senior Field Agent Tony DiNozzo, un ex detective dell'omicidio di Baltimora che cita film e ha successo con le donne, nonostante sia il pagliaccio della classe. Il team include anche l'agente di campo in prova Eleanor Bishop, ex agente della NSA, e l'agente di campo junior Timothy McGee, un agente esperto di computer spesso preso in giro da DiNozzo.
Ad aiutarli ci sono Abby Sciuto, la tecnico di laboratorio energica ma gotica che è come una figlia per Gibbs, e il Dr. Donald Mallard, soprannominato Ducky, l'esaminatore medico eccentrico pieno di storie insolite.
Questo team di agenti d'elite, con sede a Washington, D.C., risolve casi criminali che coinvolgono personale della Marina e della Marina, nonché le loro famiglie, viaggiando talvolta negli Stati Uniti - o nel mondo - per farlo.