《海军罪案调查处：溯源第二季》聚焦隶属于五角大楼的海军罪案调查处（NCIS）。NCIS是Naval Criminal Investigative Service的缩写，主要负责调查一切与美国海军及海军陆战队有关的案件，并拥有特殊调查权限。只要案件需要，无论对方的职务或军衔高低，都必须接受调查人员的询问。
在本季中，NCIS小组继续面对层出不穷的复杂案件，调查范围涵盖谋杀、缉毒、间谍活动、反恐行动，甚至神秘宗教等。与同由CBS电视网制作、侧重犯罪证据搜集与分析的《犯罪现场》（CSI）不同，NCIS每集通常围绕一个案件展开，更注重悬疑曲折的情节发展，以及主要角色鲜明而独特的个性。
第二季开篇便带来一桩充满神秘色彩的案件：一架军用直升机降落在麦田中央，机身周围的麦田全部倒伏，形成一个巨大的圆圈，而驾驶直升机的海军陆战队员却离奇失踪。这样的场景难免让人联想到外星人，但NCIS并非《X档案》，真相最终仍将回到现实世界之中。除了引人入胜的案件，剧中个性鲜明的长线角色同样是吸引观众的重要原因。从调查处负责人吉布斯，到验尸官助手，几乎每一位NCIS成员都拥有独特的性格与魅力，也让不同观众都能在其中找到自己喜欢的角色。
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莎拉·米歇尔·盖拉 罗德里戈·桑托罗 阿玛尼·杰克森 贝拉·谢泼德 克洛伊·罗斯·罗伯森 泰勒·劳伦斯·格雷 贝利·斯坦德 切斯·莱菲尔德 荷莉·沙伊 斯特拉·史密斯 兰尼·琼 扎克·尼尔森 詹姆斯·马丁内斯 里奥·马恩吉尼 艾米·皮特兹 布里亚·布里默 约翰·L.亚当斯 肖恩·菲利普·格拉斯哥 约翰·帕特里克·乔丹 布赖恩·韦弗