Cette série de fiction met en scène une équipe du Naval Criminal Investigative Service, commandée par l'agent spécial Jethro Gibbs.
Ces agents spéciaux enquêtent uniquement sur des crimes ayant un lien avec le personnel de la Marine des États-Unis y compris le Corps des Marines des États-Unis qui lui est administrativement rattaché.
En plus de Gibbs, l'équipe est constituée d'Anthony « Tony » DiNozzo, un ancien policier de Baltimore, de l'officier Ziva David, agent de liaison détaché du Mossad, de Timothy « Tim » McGee (« le bleu »), informaticien de spécialisation, d'Abigail « Abby » Sciuto, une brillante et originale scientifique au look gothique, et enfin du docteur Donald « Ducky » Mallard, le médecin légiste du groupe ainsi que son adjoint Jimmy Palmer. L'équipe « principale » se composait à l'origine de la série uniquement des agents Gibbs, DiNozzo, de l'agent Caitlin « Kate » Todd qui meurt a la fin de la 2e saison et bien sûr de la scientifique et du docteur.