La serie NCIS: Los Ángeles, sigue a unos agentes federales del equipo de respuesta en casos principales del Servicio de Investigación Criminal de la Marina, cuyo cuartel general está en Los Ángeles. Al equipo le asignan cualquier tipo de caso criminal que esté relacionado con el Cuerpo de Marines o con la Armada.

Sus capítulos guardarán un argumento presencial entre los lazos que se van formando entre los protagonistas, con amoríos y desencantos, amistades y enemistades, e interacciones del día a día. A parte de ello, se trama la investigación del asesinato acaecido y en los métodos hasta dar con el criminal.