NCIS: Los Angeles -sarjan viidennellä kaudella huippuagenttien tiimi kohtaa entistä suurempia uhkia. Tiiminjohtaja, erikoisagentti ”G” Callen ja hänen parinsa Sam Hanna ovat kameleontteja, jotka hallitsevat peitetehtävät. Yhdessä muun tiimin kanssa heidän on estettävä neroa pommittamasta junaa, selvitettävä huippusalainen rokotteeseen liittyvä murha ja aloitettava pelastusoperaatio Afganistanissa yhden jäsenensä pelastamiseksi. Huipputekniikan ja tiiviin luottamuksen avulla tiimi yrittää ottaa USA:n vaarallisimmat rikolliset kiinni ja taata kaikille oikeutta.