El reparto de "NCIS" incluye a los actores Mark Harmon, Michael Weatherly, Pauley Perrette, David McCallum y Sean Murray. Otros miembros del reparto son Cote de Pablo, Brien Dietzen y Rocky Carroll.
En "NCIS", Mark Harmon desempeña el papel principal del agente especial Leroy Jethro Gibbs. Gibbs es un ex marine que trabaja para el Servicio de Investigación Criminal Naval, o NCIS. Es el líder de un grupo de agentes especiales que forman parte del Equipo de Respuesta a Casos Mayores. Harmon ha protagonizado este papel desde 2003. Antes de "NCIS", tuvo papeles en varias producciones de televisión y cine, incluyendo "Fear and Loathing in Las Vegas", "Local Boys", "Flamingo Road" y "St. Elsewhere". /p>
Michael Weatherly interpreta el papel del agente especial Anthony DiNozzo en "NCIS". DiNozzo es el segundo al mando de Gibbs. DiNozzo, un ex oficial de la policía de Baltimore, es un investigador experimentado que ama las películas y las mujeres. Weatherly nació en la ciudad de Nueva York en 1968. También es conocido por su trabajo como Logan Cale en la serie de televisión "Dark Angel".
Pauley Perrette interpreta al científico forense gótico Abby Sciuto en "NCIS". Sciuto es un poco nerd de tecnología y una figura parecida a una hija de Gibbs. La propia Perrette disfrutó de la ciencia y obtuvo una maestría en criminología en Valdosta State College antes de convertirse en una exitosa actriz.