La sede del NCIS di Washington è compromessa da una talpa che si scoprirà essere l'agente Michelle Lee. Ma il filo conduttore vero e proprio della stagione è legato a Ziva e ad un agente del Mossad, Michael Rivkin, in missione segreta negli Stati Uniti. Tony si dimostra spesso geloso del nuovo amico di Ziva e a fine stagione, in seguito ad una colluttazione egli lo uccide. In seguito, per non danneggiare i rapporti diplomatici con Israele la squadra parte. Qui Tony viene interrogato da Eli David, padre di Ziva e direttore del Mossad e grazie alle parole giuste riesce a mantenere intatti i rapporti fra le due agenzie ma Ziva delusa dal comportamento di Tony decide di rimanere in Israele mentre il resto della squadra ritorna a casa. Viene anche rivelato che anni prima era stato proprio Eli ad inviare Ziva per uccidere il fratellastro, sperando che potesse legarsi a Gibbs e alla sua agenzia. Nella scena finale Ziva è legata ad una sedia e un uomo misterioso cerca di estorcerle delle informazioni sul NCIS.
