La quarta stagione della serie televisiva NCIS: Los Angeles (4), composta da 24 episodi, è stata trasmessa per la prima volta dal 25 Settembre 2012 al 14 Maggio 2013. Disponibile in Italia dal 26 Febbraio 2013 al 6 Marzo 2014.
Callen è stato sospeso e con Hetty fuori gioco il resto del team fa fatica ad affrontare la situazione.
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Un aereo radio comandato a distanza rivela la presenza di un marine recentemente ritirato a vita privata in un sito afghano dove fabbricano bombe. Il team deve indagare per scoprire se il marine ha tradito il proprio paese o meno.
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La squadra indaga un'operazione che è rimasta compromessa dopo che quattro persone, collegate a un progetto top-secret, sono rimaste uccise durante l'esplosione di una tavola calda. Deeks e Kensi sono sulle tracce dei responsabili e scoprono il possibile coinvolgimento di una teenager che potrebbe trovarsi nei guai.
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Il team è impegnato nelle indagini sulla morte di un membro dello staff di un candidato al Senato e deve scoprire se si tratta di un incidente o di un omicidio.
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Sam e Callen stanno indagando sull'apparente suicidio di un agente della CIA con il quale Sam aveva lavorato in passato. L'uomo si era rivolto a Sam per avere aiuto su un caso ma è stato eliminato prima di poter parlare. Durante le indagini si scopre che il suo omicidio è parte di una vasta cospirazione.
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I nomi degli agenti dormienti vengono decodificati e una serie di team tattici entra simultaneamente nelle loro case per arrestarli, purtroppo si scopre che gli agenti sono stati uccisi e che le bombe nucleari in loro possesso sono svanite.
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Il team sta cercando un collegamento tra un surfista, un video caricato su internet e uno scienziato della marina assassinato. Callen e Sam intanto indagano sulle connessioni della vittima con il mondo dello spionaggio, mentre Kensi e Deeks lavorano sotto copertura per avvicinarsi al principale sospettato.
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La squadra sta investigando i motivi che si nascondono dietro l'omicidio di un agente della CIA ritirato a vita privata e diventato milionario. Callen cerca di scoprire se Hetty sa qualcosa sul caso.
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La squadra sta indagando su una serie di rapine messe a punto da un gruppo di uomini armati in costume che potrebbero avere un impatto immediato sull'economia del paese. Deeks intanto è impegnato a testimoniare su un caso e Granger insiste per lavorare insieme a Kensi, che non è molto entusiasta della cosa.
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Callen, Sam, Kensi e Deeks trascorrono il Natale a bordo di una portaerei per le indagini sulla morte di un membro dell'NCIS. Intanto Nell e Eric cercano di vivere al meglio l'atmosfera vacanziera anche se si trovano in ufficio mentre Hetty si allontana dal quartier generale.
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Un ex contatto di Deeks si ritrova nei guai dopo aver scoperto delle informazioni in merito a un'organizzazione che si occupa di smontare auto di lusso per venderne le parti, il problema è che i criminali hanno contatti con una cellula terroristica. Il team indaga mandando Kensi sotto copertura come meccanica in uno dei garage usati per smontare le auto rubate.
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La vedova di un marine ucciso in battaglia è disperata ed è convinta che ci sia qualcosa di poco chiaro nell'ultima missione di suo marito, così chiede aiuto al NCIS. Intanto Hetty ha richiamato Nate per uno dei suoi piani e gli agenti prevedono che presto dovranno affrontare un'altra valutazione psichiatrica.
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Callen sta lavorando sotto copertura per infiltrarsi in un network di terroristi della Cecenia che stanno reclutando agenti stranieri per un attacco sul suolo americano.
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Callen, Sam, Kensi e Deeks stanno lavorando sotto copertura come squadra tattica speciale per indagare su un'imboscata collegata a un signore della droga che ha dei legami con dei terroristi.
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La squadra sta indagando sulle circostanze collegate alla sopravvivenza di un terrorista, l'unico a essere scampato al massacro che ha sterminato i suoi camerati.
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Sam e Callen stanno indagando sul caso di una persona scomparsa, un anziano afghani che ha aiutato Sam quando fu ferito durante una missione, ma Callen è preoccupato che il suo partner sia troppo coinvolto con il caso.
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Sam teme per la sicurezza della sua famiglia quando sua moglie viene richiamata in servizio dalla CIA per riprendere un'identità collegata a Sidorov e al caso di un ordigno nucleare rubato.
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Il ritrovamento di un'arma in Idaho viene collegato a un caso di sicurezza nazionale indagato a Los Angeles e Calle e Sam si recano sulla scena del crimine per raggiungere il Red team dell'NCIS, una squadra mobile che viaggia su e giù per il Paese per risolvere i casi collegati alla Marina.
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Mentre il team di Los Angeles segue delle tracce locali, il Red team è in viaggio con Laverne e Shirley, i due camion, per catturare il terrorista prima che sia troppo tardi.
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Il team sta indagando su un attacco a base di cianuro che ha ucciso un tenente della marina e lasciato in serie condizioni un pilota. Gli agenti devono scoprire se si è trattato di un episodio isolato o se è stato un test per un attacco su larga scala.
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Il cadavere di un boss della droga scompare e il team è impegnato nelle ricerche per ritrovarlo e scoprire chi è la talpa all'interno delle DEA responsabile dell'accaduto.
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Durante le indagini sulla morte di una donna misteriosa che si scopre essere un'ex agente, Callen affronta Hetty sulle sue vere motivazioni.
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Deeks sta lavorando sotto copertura per ottenere informazioni su un losco trafficante di armi. Tuttavia il suo contatto, una donna, porta l'operazione in una direzione molto pericolosa. Kensi intanto cerca di affrontare i sentimenti che prova mentre sorveglia Deeks e la sua fonte.
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Un'esplosione nucleare nel Pacifico spinge il team a riprendere le ricerche delle armi rubate. Hetty manda Callen e Kensi in missione mentre Sam e Deeks continuano le indagini in città.
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Il nostro incontro con uno dei protagonisti della serie CBS, spinoff di NCIS ed in onda in Italia su Rai2.