Le Secrétaire de la Marine assigne l'équipe du NCIS à une enquête conjointe sur une affaire de terrorisme après le meurtre d'un scientifique. Retrouvée décapitée dans un parc, la victime tentait de s'échapper du territoire américain au moment de son assassinat. Gibbs confie à DiNozzo la mission de travailler main dans la main avec un agent du FBI, Leia Pendergast. Par ailleurs, le principal suspect est activement recherché par le gouvernement russe. Alors que l'affaire prend une ampleur insoupçonnée, les agents du NCIS savent qu'une investigation particulièrement délicate les attend...