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Agente Leroy Jethro Gibbs
  
Agente speciale. Investigatore capo della squadra Navy N.C.I.S. nonché supervisore.
Ex sergente dei Marines, ha preso parte alle operazioni 'Just Cause' e 'Desert Storm'.
Proprio questa grande esperienza, unita allo spiccato intuito, gli permette di risolvere anche i casi più ardui.
Intelligente e razionale, spesso è severo con i membri della squadra che dirige. Più volte si dimostra insofferente nei confronti della burocrazia.
Agente Anthony 'Tony' DiNozzo
  
Agente speciale. Ex detective della squadra omicidi di Baltimora. E` amante delle belle donne e della bella vita.
Nonostante preferisca il lavoro sul campo, spesso è costretto dal suo capo a lavorare in ufficio. La sua età (ha più di trent'anni) non gli vieta di essere alquanto infantile nel comportamento.
Tutto sommato è un elemento molto leale su cui la squadra intera può fare affidamento.
Agente Ziva David
  
Entra a far parte del cast della serie nella terza stagione. E' un'Agente del Mossad assegnata all'NCIS dopo l'assassinio dell'Agente Speciale Todd.
Addestrata dal Mossad (e figlia del direttore) come un'assassina con addestramento nella tortura.
Ziva parla correttamente almeno 6 lingue: inglese, ebraico, spagnolo, arabo, turco e francese. Parla inoltre in modo soddisfacente l'italiano, il tedesco e il russo.
Una particolarità ricorrente nel linguaggio di Ziva è la sua tendenza a sbagliare  ...
Agente Timothy 'Tim' McGee
  
Agente speciale. E' l'ultimo arrivato nella squadra investigativa e questo gli è valso il soprannome di "pivello".
Timido ed insicuro, è particolarmente dotato con i computer e la tecnologia. Proprio per questo motivo spesso lavora in laboratorio a fianco della sua collega Abby Sciuto.
Abby Sciuto
  
È una criminologa/tecnica del laboratorio di analisi. Nonostante il suo aspetto dark è un'agente speciale molto in gamba. E' una geek con l`aspetto di una dark girl. Il suo corpo è pieno di tatuaggi e piercing.
Ha un'attitudine positiva alla vita ed è sempre pronta a scherzare su ogni cosa.
Le piace la musica ad alto volume: è una cosa che ha imparato ad apprezzare sin da piccola poiché i suoi genitori erano entrambi sordi.
Dr. Donald 'Ducky' Mallard
  
Medico legale di origini britanniche. Ha studiato a Eton e si è laureato all`Edinburgh Medical School.
Essendo il più anziano del gruppo è anche il più rispettato. Prima di arrivare all`N.C.I.S. ha lavorato per la Polizia Inglese e per altre agenzie investigative. E' dotato di uno spiccato senso dell`umorismo che esercita sopratutto durante l`esecuzione delle autopsie.
Single. Mai stato sposato e nessun bambino.
Direttore Jennifer Shepard
  
E' il nuovo direttore dell'NCIS dall'inizio della terza stagione.
Ha avuto una storia d'amore con Gibbs quando erano agenti sul campo a Marsiglia, a Parigi, a Positano, a Sofia ed in Repubblica Ceca. È una donna dal carattere deciso ed è decisa a mantenere l'autorità su Gibbs.
Agente Caitlin 'Kate' Todd
  
Ex agente del corpo di protezione del presidente.
È intelligente, coraggiosa e ha un buon senso dell'umorismo ed è in perenne "disaccordo" con Tony. Fa subito amicizia invece con Abby.
Muore nell'ultima puntata della seconda stagione a seguito di un colpo di fucile in testa sparato dal terrorista Ari, ma appare anche nei primi due episodi della terza stagione come "fantasma" dei colleghi dell'NCIS.
Jimmy Palmer
  
E' l'aiutante di Ducky. Sostituisce Gerald che abbiamo visto nella prima serie e in parte della seconda.
E' timido, leggermente diabetico e ha intrecciato una relazione con l'agente Lee.
Tobias C. Fornell
  
L'agente Fornell compare sin dal primo episodio della serie, quando Gibbs gli soffia un cadavere da sotto il naso. E' un agente dell'FBI e nonostante lui e Gibbs davanti agli altri si comportino come se non potessero vedersi, privatamente sono amici e cercano sempre di aiutarsi l'un l'altro.
Tenente - Colonnello Hollis Mann
  
E' un colonnello dei Marines. Entra a far parte del cast saltuariamente nella quarta serie e da subito tra lei e Gibbs si instaura un certo feeling. Con il procedere delle puntate vediamo che fra i due nasce una relazione.
Agente Paula Cassidy
  
E' un agente dell'NCIS che si occupa prevalentemente di casi legati ad attacchi terroristici.
Si intuisce che lei e Tony hanno avuto una storia.
Deceduta eroicamente per salvare la squadra di Gibbs da un attacco terroristico.
Direttore Tom Morrow
  
E' il direttore dell'NCIS nelle prime due stagioni. Lascia il posto al Direttore Shepard per trasferirsi in un nuovo ruolo dirigenziale nella Sicurezza Nazionale.
Gerald Jackson
  
E' stato il primo assistente di Ducky. Ha abbandonato temporaneamente il lavoro all'NCIS poichè è stato ferito ad una spalla da Ari.