Leroy Jethro Gibbs
Abigail Sciuto
Timothy McGee
Anthony DiNozzo
Ex-marine, Jethro Gibbs est désormais à la tête de l'équipe du NCIS. Eternel célibataire, il a essuyé trois divorces après l'assassinat de sa femme et de sa famille. C'est d'ailleurs après s'être vengé de ce criminel que Gibbs rejoint le NCIS. Sa vie est rythmée par un code, inculqué par Shannon, sa première femme. Son passe-temps, en dehors du travail, est de construire des maquettes de bateaux. Il quitte provisoirement son poste à l'issue de la troisième saison pour cause d'amnésie à la suite d'un accident, avant de revenir dans la saison 4.
Malgré son look de rebelle, Abby est loin d'être le cliché véhiculé. En effet, la spécialiste d'investigation en techniques de laboratoire est une femme joyeuse et catholique pratiquante. Abby a développé une phobie de la mort, qu'elle n'a confiée qu'à Gibbs et Ducky. Elle a eu une relation amoureuse avec Timothy McGee, la seule connue à ce jour. Elle entretient une grande relation amicale avec Gibbs, due à leurs nombreux points communs : tous deux connaissent la langue des signes, ils sacrifient leur intérêt dans les enquêtes...
Trentenaire spécialiste en informatique, Timothy McGee a fait plusieurs stages en tant qu'informaticien avant d'intégrer définitivement l'équipe du NCIS. Timide et intimidable, "le Bleu", comme il est appelé par ses collègues, se fie au maximum au protocole et n'aime pas sortir des sentiers battus. McGee est très proche d'Abby Sciuto, avec laquelle il a notamment eu une relation. Son manque d'expérience suscite les taquineries des autres membres du NCIS, qui l'affublent de nombreux surnoms (une quarantaine sur les sept saisons de la série).
Anthony DiNozzo est un agent spécial expérimenté du NCIS. Son but est de toujours avoir le dessus sur Gibbs. Il est arrivé au NCIS après deux années au Service Homicide de Baltimore et un an et demi à la Police de Philadelphie. Même s'il se montre très sur de lui, Tony est loin d'être courageux : il a notamment refusé de parler à la mère d'un défunt et a mouillé son pantalon lorsqu'il a tiré pour la première fois sur quelqu'un. DiNozzo prend la relève de Gibbs à l'issue de la saison 3, durant l'absence de ce dernier. Au retour du chef, il se voit proposer de diriger sa propre équipe, ce qu'il refuse.
Ziva David
Ziva David est membre du Mossad, les services secrets israéliens. Elle apparaît dans la saison 3. C'est après avoir sauvé Jenny Shephard que Ziva intègre le NCIS. Elle remplace Kate Todd, assassinée par son demi-frère Ari, qu'elle tuera par la suite pour sauver Gibbs. Forte tête, elle fait vite comprendre à ce dernier qu'elle ne se fera pas marcher sur les pieds. Ziva parle neuf langues et suscite les rires de ses collègues dès qu'elle fait une faute. Elle demande à devenir membre "complète" du NCIS, reniant son passé de tueuse au Mossad.