《海军罪案调查处第十三季》围绕NCIS（海军犯罪调查机构）展开。这个隶属于五角大楼特别部门的特工团队，专门侦办一切有证据表明与海军或海军陆战队人员有关的案件，无论涉案者身处何种职位、级别多高，他们都必须追查到底。
小组由NCIS特工Leroy Jethro Gibbs（Mark Harmon饰）领导。作为经验丰富的调查员和审问专家，Gibbs机敏强硬，为了完成任务常常不惜打破常规。Anthony DiNozzo特工（Michael Weatherly饰）直接接受他的指挥，曾是重案组探员，丰富的办案经历让他拥有敏锐而出色的直觉。Kate Todd（Sasha Alexander饰）随后加入团队，她是一名美丽坚强的前特勤处特工，曾在行动中与Gibbs正面交锋，相关情节见《NCIS》第一季第一集。
负责技术分析的Abby Sciuto（Pauley Perrette饰）是一位天才科学家，黑色幽默和哥特式装扮成为她鲜明的个人特色。新加入的Timothy McGee（Sean Murray饰）毕业于麻省理工学院（MIT，剧中经常会提到），凭借出色的电脑技术，成为Gibbs小组中的见习特工。团队背后还有法医Donald “Ducky” Mallard（David McCallum饰），他学识渊博、见多识广，为案件调查提供重要支持。
从谋杀、间谍活动和恐怖袭击，到潜艇盗窃，这支特工队伍不断追查与海军及海军陆战队有关的犯罪，调查范围遍及世界各地。
