NCIS: Los Angeles é um drama sobre o mundo do Departamento de Projetos Especiais, uma divisão da NCIS que tem a missão de prender criminosos que significam uma ameaça à segurança da nação. Assumindo identidades falsas e utilizando a tecnologia mais avançada, esta equipe de agentes especializados vivem no mundo dos disfarces, colocando suas vidas em risco para derrotar seus alvos. O Agente Especial “G” Callen é um camaleão que se transforma em quem quer que seja para se infiltrar no mundo do crime. Seu parceiro é o Agente Especial Sam Hanna, um antigo membro da marinha que já passou pelo Afeganistão e Iraque, e é especializado em equipamentos de monitoração para acompanhar os colegas que saem em campo e mantê-los longe dos perigos. Há também a Agente Especial Kensi Blye, a inteligentíssima filha de um marinheiro que adora a adrenalina de seu trabalho; o psicólogo Nate Getz, capaz de entrar na cabeça de qualquer um e descobrir seus segredos além de monitorar o estado emocional dos agentes antes, durante e depois de suas missões, Dominic Vail, o mais novo membro da equipe, é bastante qualificado mas tem pouca experiência, e Henrietta “Hetty” Lange, que providencia todos os disfarces e equipamentos para seus colegas. Armados com tecnologia de ponta e constantemente enviados para missões arriscadas, os membros desta equipe dependem um do outro para fazer o que é preciso para proteger os interesses de seu país.