Agente Especial Leroy Jethro Gibbs (Mark Harmon)

El agente especial Gibbs es un experimentado sargento de la Marina de los Estados Unidos con unas dotes interrogatorias excelentes. Responde ante las órdenes de su jefa, Jenny Shepard, la directora de NCIS, con quien trabajo años atrás y le une una especial amistad. Ha estado casado 3 veces, aunque su vida personal no es algo conocido entre sus compañeros debido a su carácter cerrado. Una de sus esposas e hija murieron a manos de un traficante mexicano, algo que éste no ha conseguido superar. Es poco amigo de la burocracia y tiene una relación muy especial con Ziva, quien le tiene mucho afecto.

Agente Especial Anthony Tony DiNozzo. (Michael Weatherly)

Es un detective de homicidios algo mujeriego al que le encantan los coches lujosos y la ropa cara. Es quien aporta la dosis de humor en el equipo, aunque en ocasiones no sea el momento adecuado para bromas. Tony es también muy cinéfilo y suele hacer referencia a las películas que ve en el curso de las investigaciones. El padre de Dinozzo era importador de navajas suizas e hizo una considerable fortuna que él espera heredar pronto. Como agente veterano, en ocasiones está al frente de los casos e intenta imitar el estilo indiscutible de Gibbs quien, al final de la tercera temporada, le nombra nuevo supervisor del equipo tras su retirada.

Directora Jenny Shepard (Lauren Holly)

La directora Jenny Shepard asumió su cargo en sustitución del antiguo director del NCIS, Thomas Morrow, quien promocionó a un cargo superior. Es una agente experta del NCIS que trabajó en una misión secreta con Gibbs años atrás durante la cual mantuvieron una relación sentimental. La tensión se respira en la oficina cada vez que se reúnen, lo que lleva a pensar que quizás aquella historia no terminó por completo. Es implacable en su trabajo y su manera de actuar choca en ocasiones con la de Gibbs, quien lleva muy mal que quiera interferir en las órdenes que éste le da al resto del equipo.

Especialista forense Abigail Abby Sciuto (Pauley Perrette)

Abby es conocida por su peculiar estilismo. Siempre viste de negro y es amante del maquillaje oscuro y los accesorios tenebrosos. Creció en una familia de padres sordos y le encanta la música a tope, sin la que es incapaz de trabajar. La cafeína es uno de sus mayores aliados a la hora de aguantar la presión a la que se ve sometida en el trabajo, con el que disfruta cada día. Es muy profesional y muy rápida. Tanto, que a veces se sorprende ella misma.

Agente Especial Timothy McGee (Sean Murray).

McGee fue originalmente un técnico empleado por el NCIS que colaboraba con Gibbs y su equipo cuando necesitaban un experto técnico o informático. Más tarde, Gibbs quiso que fuera un miembro más del grupo. Asistió al Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) y disfruta jugando on line. Dinozzo suele hacer referencia a él como el novato debido al poco tiempo que lleva trabajando como agente.

Doctor Donald Ducky Mallard (David McCallum)

Ducky es el jefe médico forense que suele acompañar al equipo de Gibbs en las misiones de campo. Tiene la costumbre de hablar a los cuerpos mientras practica las autopsias y sus exposiciones sobre los casos suelen extenderse más de lo necesario. Se graduó en Edimburgo, en la Universidad de Medicina y vive aún con su madre, quien padece demencia senil. Cuando tiene tiempo libre, le gusta dedicarlo a restaurar un coche antiguo.

Agente Especial Ziva David (Cote de Pablo)

Antes de llegar al NCIS, la agente especial Ziva fue miembro de una división del Mossad especializada en asesinatos, espionaje y coerción. Sus compañeros se ríen de su acento al hablar inglés, pero lo cierto es que está muy bien preparada. Debido a los entrenamientos que tuvo que seguir para trabajar en su antigua división, está acostumbrada a utilizar la fuerza en los interrogatorios.