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All'inizio di questa stagione Ari Haswari viene ucciso da Ziva David, agente del Mossad e sua sorellastra che in seguito entra nella squadra come agente di collegamento. Nel frattempo la direzione dell'agenzia viene affidata a Jennifer Shepard, un tempo collega e amante di Gibbs, con cui si troverà spesso in disaccordo. In questa stagione Gibbs viene coinvolto in un'esplosione in cui un agente sotto copertura perde la vita, mentre lui cade in coma. Al suo risveglio ha dimenticato gli avvenimenti degli ultimi 15 anni ma in suo soccorso sopraggiunge Mike Franks, il suo mentore. Al termine della stagione viene rivelata una verità che nessuno conosceva: Gibbs aveva una moglie e una figlia (rispettivamente Kelly e ShAnnon Gibbs) assassinate anni prima in quanto la donna doveva testimoniare in un importante processo. Dopo questo trauma Gibbs si dimette e affida il team a Tony, e raggiunge Mike in Messico.