Le criminel russe Sidorov sème la panique en faisant exploser dans le désert mexicain une des trois bombes nucléaires qui sont en sa possession.L'équipe du NCIS doit l'empêcher à tous prix de vendre les deux autres. Sam est alors chargé de faire équipe avec sa femme, membre de la CIA, pour infiltrer l'équipe de Sidorov. Dans le même temps, Callen et Kensi s'envolent pour l'Iran afin de rencontrer Marcel Janvier et lui proposer un marché.
