Un agent fédéral est assassiné. Les caméras de surveillance montrent qu'il devait rencontrer Jillian Leigh, dont le mari, un chirurgien plastique, a été retrouvé mort. Callen et l'équipe mettent tout en oeuvre pour retrouver la jeune femme, en fuite. Ils découvrent que son mari a pratiqué des opérations sur des terroristes. Kensi et Deeks cherchent à s'infiltrer : ils parviennent à localiser Jillian Leigh dans la maison d'un ancien collègue, mais elle nie toute implication dans les affaires de son mari. Cependant, Callen et Sam savent qu'elle est désormais la seule à pouvoir identifier les terroristes. C'est alors que l'équipe apprend qu'une attaque au gaz sarin est en préparation...