W kolejnym sezonie, dwunastym, zespół Gibbsa (Mark Harmon) znów stawi czoła zagadkom kryminalnym, w których nie wszystko jest tym, czym się wydaje na pierwszy rzut oka. Agenci muszą m.in. odnaleźć zabójcę dowódcy marynarki wojennej, eskortować geniusza komputerowego i poznać okoliczności śmierci Anglika przebywającego w USA.DiNozzo zostaje partnerem swojej dziewczyny, agentki specjalnej ATF, Zoë Keates, gdy pojawiają się dowody wskazujące na to, że broń użyta w sprawie prowadzonej przez NCIS została kupiona na potrzeby kontrowersyjnego projektu ATF "Operacja szybcy i wściekli". Anthony DiNozzo senior wraca do miasta, by poznać nową partnerkę syna.