Il filo conduttore della sesta stagione è legato a Ziva e a un agente del Mossad, Michael Rivkin, in missione segreta negli Stati Uniti. DiNozzo si dimostra spesso geloso del nuovo amico di Ziva e tra i due non corre buon sangue. Inoltre si scopre la presenza di una talpa nella sede NCIS di Washington. Nel finale di stagione Ziva si troverà in grave pericolo di vita.