La mort d'un sous-marinier américain lors d'une cérémonie AUKUS à Sydney fait l'objet d'une enquête menée conjointement par les agents du NCIS en mer et la police fédérale australienne, et le NCIS: SYDNEY est né.

Lorsqu'un officier de conformité de la marine est retrouvé mort dans un trou d'eau, l'enquête de l'équipe met à jour un réseau complexe de trafiquants, tout en gérant les problèmes initiaux du nouveau lieu de travail... et un cacatoès qui parle.

Lorsqu'un requin recrache le bras d'un ancien Navy SEAL, l'enquête de l'équipe met à l'épreuve la loyauté d'une bande d'anciens plongeurs de la marine et met à jour un sombre complot de surveillance qui pourrait avoir des liens avec l'un des Alliés.

Le corps d'un marine américain est retrouvé dans le quartier historique des Rocks à Sydney. Une vieille médaille de la Croix de la Marine constitue l'indice pour résoudre le meurtre, menant l'équipe dans une chasse aux fantômes pour attraper le tueur.

L'équipe se précipite pour sauver l'un des leurs, lorsque Doc Roy et son chien sont impliqués dans une prise d'otages dans leur café canin local.

Un homme portant une veste de l'armée américaine est retrouvé mort dans un bus, après avoir été poursuivi par deux hommes à l'allure suspecte. Lorsque l'équipe arrive sur place, Evie reconnait la victime et se retrouve embarquée malgré elle dans une sombre affaire de drogue.

Lorsqu'un chercheur de la marine américaine est retrouvé mort dans un bunker souterrain secret lors d'un lancement technologique prestigieux, une partie de l'équipe se rend sur place pour enquêter.

Le fils de JD est kidnappé par un assassin international en échange d'un criminel recherché détenu par le NCIS.

L'équipe du NCIS : Sydney fait tout son possible pour résoudre l'affaire d'un assassin déloyal en fuite lors de la prise de fonction chaotique de l'agent DeShawn Jackson à la tête de l'unité.

Lorsqu'une jeune fille trouve le corps d'un ancien officier de la marine américaine flottant dans le port, l'équipe est conduite à un voilier du XVIIIe siècle organisant un mariage sur le thème des pirates, où DeShawn et Evie se rendent sous couverture pour enquêter. Pendant ce temps, Mackey et JD sont amenés à empêcher une tragédie potentielle sur le port qui pourrait déchirer l'alliance entre les États-Unis et l'Australie.

Quand le corps d'un ingénieur est découvert dans du béton, l'équipe fait appel à un ami de Roy.

Le NCIS: Sydney plonge dans le monde des complots en ligne quand la voiture d'un ingénieur explose.

Lorsque le corps gelé d'un maître est découvert, le NCIS: Sydney enquête sur un univers troublant mêlant exploitation sexuelle et industrie des fruits de mer.

L'équipe enquête sur le suicide apparent du lieutenant Pete Levinson, membre des Navy SEALs, qui séjournait dans un camp de fitness avec d'anciens équipiers, dont le chef Finn McKay ayant pris sa retraite à la suite d'un incident survenu quatre ans plus tôt. Lors de l'examen des lieux, Jackson et Cooper concluent que Levinson a été assassiné et que sa mort a été mise en scène pour faire croire à un suicide par pendaison.

La mort d'un choriste de la marine américaine plonge le NCIS: Sydney dans le monde de la musique.

L'équipe du NCIS enquête sur la mort du sous-officier de troisième classe Ezra Strokes, retrouvé vidé de son sang dans un cercueil. Mackey et Dempsey enquêtent sur Dawn Lazar, une vampire autoproclamée.

L'équipe enquête sur la mort du caporal Garcia lors d'un entraînement militaire entre australiens et américains à Top End.

La cérémonie commémorative du bombardement de Darwin approche, mais un missile Stinger a disparu et un meurtrier est en cavale. Le NCIS : Sydney a fort à faire pour empêcher une attaque dévastatrice.

La découverte de deux aviateurs de la marine américaine disparus, dérivant dans la mer de Corail, conduit l'équipe à dévoiler un sinistre complot terroriste.

Inquiet pour Blue, le Doc entre dans son appartement où DeShawn et Evie font une découverte.

La traque d'une cible accusé d'avoir tué un soldat australien prend une tournure inattendue.

Une pilote de l'U.S. Navy disparaît dans une zone prisée des chasseurs d'ovnis.

Lorsqu'un attaché de la Navy est retrouvé avec une clé USB dans la gorge, l'équipe traque un tueur.