In Italia la stagione è trasmessa in prima visione assoluta da Rai 2 dal 15 febbraio 2016 al 28 gennaio 2017, L'episodio 19, prima puntata del 2017, è stato invece cancellato dalla programmazione, per essere recuperato dopo il termine della stagione, con un titolo diverso da quello originariamente previsto.
Callen è alla ricerca di Arkady, ultimo legame con il suo passato. Le sue indagini per trovare il vecchio amico di suo padre, tuttavia rischiano di mettere in pericolo la sua vita e la squadra deve fermarlo prima che sia troppo tardi.
La squadra indaga su un massacro avvenuto in Perù vent'anni prima e una nota modella, Miss Diaz, è uno dei potenziali bersagli in quanto una sopravvissuta a quella strage. Kensi e Deeks vanno sotto copertura, lei come assistente della modella e lui come suo autista.
Callen e Sam sono costretti a lavorare nel loro giorno libero quando ricevono una telefonata da un uomo misterioso che minaccia di uccidere delle persone innocenti se i due non eseguiranno i suoi ordini. Durante le indagini la squadra scoprirà che il loro nemico è legato ad un uomo ucciso durante un'indagine dell'NCIS di Los Angeles.
Tony DiNozzo chiede aiuto alla squadra di Los Angeles per ritrovare un prigioniero riuscito a fuggire durante un volo da Singapore diretto proprio a Los Angeles. Il suo arrivo, e l'intesa subito trovata con Kensi, non mancano di suscitare qualche gelosia nel suo partner, Deeks.
La squadra è alla ricerca di Mark Ruiz, vecchio partner di Sam, scomparso nel nulla mentre acquistava dell'esplosivo durante una missione sotto copertura.
Kensi e Deeks vanno sotto copertura all'interno di una misteriosa setta per salvare un membro del Dipartimento della Difesa che ne fa parte, in quanto in seguito ad un lavaggio del cervello ha rivelato alcune informazioni riservate. Nel frattempo il resto della squadra cerca di non permettere che queste informazioni cadano nelle mani sbagliate.
La squadra è alla ricerca di Jada, la donna che Sam aveva aiutato quattro anni prima ad avere asilo negli Stati Uniti, dopo che è scomparsa durante un trasferimento sotto scorta. Nel frattempo Kensi va in missione sotto copertura con l'agente della DEA Talia Del Campo.
Dopo che una vittima di omicidio si rivela un sospettato agente Nord Coreano la squadra deve capire quanti agenti Nord Coreani si nascondono nel Paese. Nel frattempo Granger non è contento per il Natale alle porte e Deeks confessa a Kensi la verità sulla morte del suo ex partner nella Polizia.
Quando si scopre che un Marine è affetto da avvelenamento da radiazioni, la squadra investiga su un impianto nucleare dismesso dove lavorava in nero come guardiano. Si viene a scoprire che tutti i protocolli di sicurezza del sito sono stati compromessi.
La squadra indaga su un caso molto pericoloso legato ad un esperto di informatica che ha sviluppato un "demone", un programma nascosto in grado di raccogliere informazioni riservate.
Kensi e Deeks annunciano al resto della squadra che andranno a vivere insieme. Nel frattempo Hetty assegna alla coppia la protezione dell'ex fidanzato di Kensi, Jack, in quanto è in possesso di una lista di contatti e nomi, che sembra suscitare l'interesse di persone disposte ad uccidere pur di poterne entrare in possesso.
Con l'intenzione di rintracciare Arkady, scomparso fin dall'ultimo viaggio di Callen in Russia, la squadra si infiltra in un galà al consolato russo di Los Angeles, con l'aiuto della figlia di Arkady, Anna Kolcheck, al fine di ottenere informazioni sull'uomo.
Le ricerche di Arkady procedono. Callen, Sam e Anna si recano in Russia dove elaborano un piano per liberare Kolcheck e il suo compagno di cella, un agente della CIA che sembra conoscere Callen. Nel frattempo Kensi e Deeks rimangono a Los Angeles dove grazie all'aiuto di Eric (che scende per la prima volta sul campo) riescono a catturare un criminale di fondamentale importanza per permettere la liberazione di Arkady che viene dunque trasferito da un carcere di massima sicurezza a un altro. Durante il trasferimento come stabilito gli agenti riescono a liberare Arkady e il suo compagno.
Durante la missione Callen scopre ulteriori informazioni sul suo passato, scoprendo definitivamente il significato della G del suo nome: un vecchio agente russo, che si presenta semplicemente come Garrison, gli rivela che il suo vero nome è Grisha Alexsandrovich Nikolaev. L'incontro fra i due è molto sconvolgente per l'agente che crede di aver finalmente ritrovato suo padre. L'uomo sembra in procinto di rivelargli ulteriori dettagli sulla sua reale identità, ma Callen deve ripartire con urgenza verso Los Angeles, rimanendo scosso dall'incontro con l'uomo misterioso.
In seguito al ritrovamento di fotografie che ritraggono la famiglia di Sam nei loro momenti più intimi, lui e Callen partono per l'Africa per scoprire chi sta spiando la sua famiglia e capire il perché.
La squadra è alla ricerca di una spia cubana fuggita alle autorità. Ma tutto cambia quando scoprono che Anna, la figlia di Arkady, lo ha aiutato a fuggire.
Si verifica un'esplosione misteriosa nel centro di Los Angeles e dalle telecamere di sorveglianza si vedono due gemelli che scappano inseguiti da cinque uomini.
Uno dei gemelli viene identificato come il figlio di un diplomatico israeliano, il bimbo però si trova a casa. Intanto G. scopre che il bambino sopravvissuto si è immerso nella cisterna per l'acqua di un hotel per cercare di disinnescare la cintura esplosiva e ci riesce con l'aiuto degli artificieri. Si scopre poi che il figlio del diplomatico era nato da una madre indiana e aveva perso altri fratelli a causa del medico che vendeva i piccoli al mercato nero. A Los Angeles Sam e Deeks trovano altri cinque bambini con cinture esplosive. Il caso porta Kensi e Deeks a parlare della possibilità di avere un figlio; Deeks accenna indirettamente una proposta di matrimonio. La puntata si conclude con li bambino che ritorna dalla sua famiglia in Israele.
Il team è alla ricerca di una spia nord-coreana mentre sono assegnati alla protezione del Comandante del Pacific Command, che ha in corso una riunione con il suo omologo sud coreano.
Nate Getz, psicologo sul campo dell'NCIS, salta un appuntamento di check-in con Hetty mentre si trova sotto copertura in una missione collegata al crimine organizzato e al terrorismo. Il team scopre che Nate sta lavorando con un noto leader criminale.
Nota: questo episodio è il secondo che porta in italiano questo titolo, dopo il quarto episodio della prima stagione.
Granger sta scortando Jennifer Kim a Los Angeles e durante il tragitto la interroga sulla spia nord-coreana. Lei ammette di sapere che lui è suo padre.
Sam e Callen stanno lavorando sotto copertura come vigili del fuoco per scoprire chi ha rubato delle informazioni top secret su alcuni terroristi da un container del Dipartimento della Difesa, nel corso di un incendio in un magazzino. Deeks è preoccupato che qualcosa di brutto possa accadere ora che le cose vanno bene.
Sam riceve un codice d'urgenza da suo figlio Aiden: la scuola militare che frequenta a San Francisco è stata presa d'assalto da un gruppo di estremisti guidati da Tahir Khaled, acerrimo nemico di Sam. Questi, con Callen, Kensi e Deeks intervengono immediatamente per fermare Tahir e liberare gli ostaggi.
^(EN) Rick Porter, Monday final ratings: 'The Voice' adjusts down, su tvbythenumbers.zap2it.com, 26 aprile 2016. URL consultato il 26 aprile 2016 (archiviato dall'url originale il 27 aprile 2016).
