第一集
行动组的一名成员在执行卧底任务时神秘失踪，行动组不得不与洛杉矶警方协作侦破这起涉及人口拐卖、洗钱和毒品的重案。
第二集
市郊连续发现多名年轻女性尸体，行动组顺藤摸瓜，最后查到一个曾受到前苏联资助的精神科医生的身上，行动组能如愿的找到证据吗？
第三集
调查处行动组发现一队乘坐悍马运输车的海军陆战队士兵在沙漠中遭遇伏击，决定立即采取行动。与此同时，Nate结束神秘任务后归队。
第四集
调查组要调查的死者是一名高安全等级的海军陆战队人员，他的一只手被人切走了。
第五集
一段录像显示一名海军指挥官的女儿遭人活埋，眼看就要窒息死亡，调查组必须争分夺秒才能拯救她。
第六集
歹徒冲进城区一家海军新兵招募站劫持人质；Callen与前搭档Tracy Keller合作寻找一艘遭劫持的运输船的下落－－这艘船上载有先进的长钉导弹（Spike Missile）。
第七集
一群整过容的恐怖分子谋杀了一名美国国务院工作人员（联邦特工）。为了灭口，他们「顺便」杀掉了整容医生。为了找到能辨认出这伙人的唯一证人，调查组决定立即采取行动。
第八集
一名退役后充当高级雇佣兵的陆军中士被人谋杀，调查组怀疑他的死与恐怖分子有关。与此同时，Deeks在接触一名与本案有关的人士后，更加坚定了抓获凶手的决心。
第九集
一名古董商人遭到谋杀，他随身携带的机密情报本不翼而飞，Hetty和调查组随即展开调查。本故事将分两集播出，本集为第一部分。
第十集
故事承接上一集，Hetty和同伴继续追踪神秘的情报本，但此事已引起了多家海外特工机构的注意。上集未完的故事将在本集中结束。
第十一集
两个人在一场械斗中丧生，唯一的目击证人是一名遭受精神创伤的的退役海军情报官员。Kensi与此人是旧识。
第十二集
一具尸体从洛杉矶县停尸房神秘失踪，由于死者与一套实验性的海军追踪装置有关，属于顶级军事机密，验尸官不得不向海军罪案调查处紧急求助。
第十三集
一份国防部绝密文件被盗，并被人上传到某博客网站上。海军罪案调查处洛杉矶分部立即展开追查行动。
第十四集
一群恐怖分子在全球各地制造数起爆炸事件。为了揪出幕后元凶，Sam以囚犯的身份进入戒备森严的联邦监狱进行卧底。
第十五集
Callen抓住一名闯入他家中的「盗贼」，但此事却非小偷小摸那么简单。一名前克格勃特工引海军罪案调查处来到某船坞，他们在那里发现了大量准备偷运进美国的「伪造」计算机芯片。
第十六集
海军罪案调查处怀疑一些警察和军人收受贿赂并与犯罪集团达成了秘密协议。Callen和Sam假扮加州公路巡警打入这群人内部进行调查。
第十七集
Deeks在一起自助食品店抢劫中不幸中弹。海军罪案调查处必须尽快查清这究竟是误伤还是蓄意谋杀。
第十八集
为了追踪某恐怖集团头目的下落，同时营救遭其绑架的沙特王子的儿子，Sam决定使用以前的伪装身份前往也门。Callen随同他一起行动。
第十九集
一名海军情报指挥官正在追踪的一名委内瑞拉政治人物失踪了，NCIS小组开始调查这位官员的人身安全。
第二十集
Kensi假扮盗贼接近一名国际顶级盗贼，试图查出对方究竟在策划什么行动。
第二十一集
一名火箭工程专家遭人谋杀，为确保建造卫星的绝密技术不泄露，海军罪案调查处的技术专家Eric Beale第一次以卧底的身份参与案件调查。
第二十二集
Deeks打入一个地下军火集团内部保护一名好友，此人同时是他最重要的情报提供者。但Deeks并不喜欢自己的这个假身份－－因为这令他想起了不愉快的往事。
第二十三集
一名冒充海豹突击队的骗子被人烧死，海军罪案调查处在调查中有了惊人的发现－－先前某个案件中被盗的「近程治疗加压气桶」再次浮出水面，这东西可以用来制造威力巨大的炸弹。
第二十四集
Hetty突然辞职并「人间蒸发」让Callen和其他人感觉疑惑，他们决定调查这件事的真相。Clair第二世界整理发布e Forlani继续扮演行动组的新任务管理员Lauren Hunter。季终的悬疑情节与这Hetty和Lauren这两位女性角色都有关系。
《海军罪案调查处》第2季NCIS是Naval Criminal Investigative Service的缩写，直译过来就是海军罪案调查机构。这个隶属五角大楼的特别部门，专门从事与海军以及海军陆战队有关联的任何罪案调查。海军调查处被赋予了特殊的调查权，只要是案情需要，任何人都必须接受质询无论职务和军衔高低。NCIS小组每次都会遇到各式不同的案情，从谋杀、缉毒、谍报活动、到反恐行动、甚至是神秘宗教，无奇不有。
虽然同样由CBS电视网制作，NCIS却和CBS的另一王牌剧《犯罪现场》 (CSI)有着极大差别，NCIS每集只专心讲述一个案子。CIS重点在于犯罪证据的收集和调查，NCIS侧重于案情的悬疑曲折以及主要角色的鲜明个性。第二季开头的一个案子就非常有代表性，一家军用直升飞机停在麦田中央，直升飞机周围的麦田全部伏倒形成了一个圆圈。而驾驶飞机的海军陆战队员则已经不知去向，这样的开头不禁一下让观众想到了外星人。不过NCIS毕竟不是《X档案》 ，事情的真相还是要回归到真实的生活中来。个性鲜明的几位长线角色也是NCIS吸引观众的另外一大卖点，上到调查处头头吉不斯，小到一个验尸官的助手，每一位NCIS成员都有着与人不同的特殊性格。这样一来，每位观众都能在剧中找到自己喜欢的角色。
