NCIS: Los Angeles é um spin-off da série NCIS, aqui temos um drama sobre os grandes desafios do mundo clandestino de vigilância no Gabinete de Projetos Especiais (PSO), uma divisão de NCIS que tem a incumbência de prender criminosos perigosos que constituem uma ameaça para a segurança da nação. Ao assumir identidades falsas e utilizando a mais avançada tecnologia, esta equipe altamente treinada de agentes, vai até as últimas conseqüências para atingir os seus objetivos.

O Agente Especial "G" Callen (Chris O'Donnell) é um camaleão que se transforma em quem ele precisa ser para se infiltrar no submundo do crime. Seu parceiro é o Agente Especial Sam Hanna (LL Cool J), um veterano do Afeganistão e do Iraque. A equipe conta ainda com a Agente Especial Kensi Blye (Daniela Ruah), o psicólogo Nate Getz (Peter Cambor) e o operador técnico Eric Beal (Barrett Foa). Armado com a mais alta tecnologia e participando regularmente de situações de risco de vida, essa equipe depende de si para fazer o que for necessário para proteger os interesses nacionais. Todos da equipe são supervisionados pela experiente e engraçada Hetty Lange (Linda Hunt).

Na 2ª temporada se torna fixo o detetive Marty Deeks (Eric Christian Olsen) que foi apresentado na temporada anterior e também a Nell Jones (Renée Felice Smith) ajudante do Eric.