Quattro uomini, apparentemente non collegati da qualche particolare legame, muoiono durante un attentato bomba in un ristorante di Pasadena. Il Team di NCIS: Los Angeles viene chiamato in causa quando si scopre che tutti e quattro gli uomini avevano partecipato all'Operazione: Wide Awake, un gioco di strategia sperimentale, sviluppato dall'Ufficio dell'Intelligence Navale. Callen e Sam ne parlano con il Dottor Olive Mathers, il responsabile del progetto, che li informa della presenza di un quinto giocatore, Mike Hoffman, che non era presente alla cena. Kensi e Deeks vanno a perquisire l'appartamento di Hoffman e lì trovano il cadavere di un killer professionista e una ragazzina ricoperta di sangue che alla loro vista scappa. Appare evidente che c'è qualcuno che sta cercando di eliminare tutte le persone coinvolte nell'Operazione: Wide Awake. Quando il team riesce a rintracciare Hoffman, lui li informa che non ha nulla a che fare con il progetto ma sembra invece che la sua giovane figlia, Astrid, ne sappia qualcosa. Alla fine il team viene a sapere che Astrid, che soffre di autismo, ha partecipato al gioco con il nome del padre.