Gibbs e il team sono al lavoro su una misteriosa epidemia che colpisce i bambini di alcuni membri della Marina. Abby e Jimmy sono affiancati dal Naval Medical Research Center per scoprire il ceppe del virus e trovare una cura. Tutto ha inizio con un Marine, Kevin Daly, che rientra a casa per le vacanze di Natale per trascorrere del tempo con sua moglie Audrey e con i suoi due figli. La bambina, Emma, è tornata a casa prima da scuola perché ha la febbre. Quando il padre la controlla si accorge, spaventato, che la temperatura è molto elevata. Deve essere ricoverata. In ufficio, McGee riceve una chiamata e quindi relaziona i colleghi su quanto accaduto alla famiglia Daly. Ellie riconosce immediatamente i sintomi: sono gli stessi che presentava il figlio di un suo amico. Il ragazzino, ora, è attaccato a un respiratore. Poco dopo arriva Gibbs con ulteriori informazioni. I bambini malati sono otto. Gibbs è accompagnato da una vecchia conoscenza di Abby, Carol Wilson (la guest star Meredith Eaton) del Naval Medical Research Center. Abby teme di trovarsi di fronte a un attacco di bioterrorismo...