Le commandant de Marine Ray Trapp décède sous les yeux de Kate Todd, un agent des services secrets, à bord de l'avion présidentiel Air Force One. Il a été pris de convulsions après avoir dîné avec George W. Bush. Immédiatement averti, l'agent Gibbs, à la tête du NCIS, retrouve ses collègues Tony DiNozzo et Ducky Mallard à l'aéroport. Tous trois se présentent comme médecins légistes pour monter à bord de l'appareil. Ils demandent ensuite aux agents du FBI et des services secrets d'évacuer le jet pour examiner le corps. Mais une fois seuls avec Kate, les membres du NCIS font décoller l'avion et entament leur enquête en plein ciel.