L'agente Ziva David è entrata a far parte del cast della serie nella terza stagione.
Ziva David è un'Agente del Mossad assegnata all'NCIS dopo l'assassinio dell'Agente Speciale Caitilin Todd da parte di Ari Haswari, un Agente operativo del Mossad che si scoprirà essere il fratellastro di Ziva, oltre che un traditore. Nella serie TV, il padre di Ziva è il Direttore del Mossad. La sua sorellina, Tali, è stata uccisa in un attacco suicida di Hamas; all'epoca del fatto, Ziva era già un'Agente operativa del Mossad. Inoltre, nella terza stagione, Ziva afferma di aver fatto parte dell'Esercito Israeliano per un periodo di tempo non ben definito. Addestrata dal Mossad come un'assassina, Ziva faceva parte di una specifica divisione del Mossad specializzata in omicidi, spionaggio e coercizione, il Metsada; il Direttore Shepard inoltre rivela a Gibbs che Ziva ha fatto fuori almeno una mezza dozzina di Kamikaze in Iraq. A causa del suo addestramento nella tortura, non si fa scrupoli ad usare tecniche potenzialmente mortali, e durante la serie si scoprirà che prima di lavorare all'NCIS, non aveva mai condotto un interrogatorio senza causare danni fisici. Ziva rivela inoltre le sue abilità nell'Esercito, raccontando ad esempio quando si gettò da uno scoglio alto 10 metri senza le funi di sicurezza e nuotò nelle fredde acque del Mar Rosso in piena notte. In più di un'occasione la si vede sfoggiare la sua memoria fotografica. Nell'episodio "Una bara di ferro" (stagione 3), Ziva riproduce la perfetta copia di una mappa che aveva visto poche ore prima. Nell'episodio "Friends and Lovers" (stagione 4), Ziva insegna a Tony, a McGee e all'Agente Lee come lanciare bene un coltello. Ziva parla correttamente almeno sei lingue: inglese, ebraico, spagnolo, arabo, turco e francese (nell'episodio "Cover Story" McGee chiede a Ziva se conosca il significato della parola "Deja-Vu", e lei afferma che il suo francese è migliore del suo inglese). Parla inoltre in modo soddisfacente l'italiano, il tedesco e il russo. Un'idiosincrasia ricorrente di Ziva è la sua tendenza a sbagliare i modi di dire in inglese, che causa il divertimento dei suoi colleghi. A volte Tony dice a Ziva di aver sbagliato un modo di dire anche se ciò non è vero, solo per prenderla in giro.

Relazioni sociali: Agente Speciale Leroy Jethro Gibbs. L'Agente Speciale dell'NCIS Leroy Jethro Gibbs lega con Ziva sin dall'inizio, quando lei uccide il suo fratellastro Ari nel seminterrato di Gibbs per salvargli la vita. Quando Gibbs scopre la loro parentela, falsifica il rapporto sull'accaduto indicando che Ari era stato ucciso non da Ziva, ma da lui. Secondo Ziva, al Mossad hanno creduto al suo rapporto, e per questo lei gli è grata. Resta comunque da vedere se il resto della squadra sappia la verità sulla morte di Ari. In seguito, Ziva viene assegnata all'NCIS come Agente di collegamento col Mossad. All'inizio Gibbs è scettico sul suo conto perché, come lui stesso dice al Direttore Jenny Shepard: "Il Mossad l'ha addestrata a fare la spia e ad uccidere, non certo a condurre inchieste; assegnala alla CIA", anche se ben presto anche lui comincerà ad accettare Ziva. Nonostante il rapporto fra Ziva e Gibbs sia buono, la forte amicizia che lega Ziva e il Direttore Shepard crea spesso conlitti fra i due. Ziva trova infatti difficile obbedire a Gibbs quando il Direttore le chiede di disobbedirgli, portando Gibbs, in un'occasione, a chiederle: "Non lo so, Ziva, sei con me?" Gibbs in ogni caso si fida di Ziva, e nell'episodio "Una bara di ferro" le dice: "Mi fido di lei, e lo sa." Nell'ultimo episodio della terza stagione, "L'attentato", è proprio Ziva che riesce a far ritornare a Gibbs la memoria dopo il suo grave ferimento in un'esplosione, provando di fronte a lui un crollo emozionale che gli ricorda come lei uccise Ari per salvarlo. Gibbs ripaga il suo debito con Ziva nell'episodio "Shalom" (stagione 4), quando lei gli chiede disperatamente aiuto mentre scappa dall'NCIS, dall'FBI, dal Mossad e da suo padre perché sospettata dell'omicidio di un diplomatico straniero e dei suoi due agenti di scorta dell'FBI.
Agente Speciale Anthony DiNozzo Ziva prende in giro l'Agente Speciale Tony DiNozzo più o meno come faceva l'Agente Caitlin "Kate" Todd prima che fosse uccisa. Alcuni aspetti della personalità di Ziva lo disturbano, ad esempio il fatto che lei dorma sempre con una pistola in mano. Ziva inoltre intimidisce Tony, ed è l'unica oltre a Gibbs che sappia spiarlo senza che lui se ne accorga. Nell'episodio "Dead Man Walking" (stagione 4), Tony è sorpreso che Ziva abbia un coinvolgimento personale con una vittima, Roy, ed è ancora più sorpreso che lei sia in grado di mostrare certi tipi di emozioni. Essendo Tony superiore di grado rispetto a lei, ed essendo Ziva più dotata e addestrata rispetto a lui, la loro relazione è paragonabile a quella fra un gatto e un topo, anche se con un'attrazione particolare fra i due. Nell'episodio "Shalom" Ziva viene a conoscenza del fatto che il Mossad, apparentemente per ordine di suo padre, l'ha spiata per alcuni mesi; dalla sua sorveglianza si è appreso che Tony è andata a trovarla almeno una volta a settimana negli ultimi 3 mesi, portando alla conclusione che i due fossero diventati intimi; sul momento, Ziva non conferma né nega questa supposizione, ma nel corso della quarta stagione, verrà assodato che Ziva e Tony non sono mai stati intimi. La ragione delle sue frequenti visite resta ancora ignota. Nell'episodio "Singled Out", Ziva chiede a Tony della sua misteriosa fidanzata, e negli episodi seguenti si vedrà Tony stabilire una relazione con la dottoressa Jeanne Benoit, chiarendo finalmente che non c'è mai stato nessun legame sentimentale tra i due agenti. Nonostante questo, in alcuni episodi viene fatto intendere che Ziva possa essere gelosa della nuova ragazza di Tony fino a che, nell'episodio "Driven", si scoprirà che Ziva è del tutto ignara del fidanzamento di Tony e che aveva erroneamente interpretato la sua segretezza. A causa delle frequenti visite segrete di Tony all'ospedale (dove lavora la sua ragazza) e del fatto, come lui le dice, che si sta sottoponendo ad alcuni esami, Ziva confida a Gibbs di aver paura che Tony possa avere un problema causato dalla sua esposizione alla Yersinia pestis nell'episodio "Polvere di miele" (stagione 2). Nell'episodio "Suspicion" (stagione 4), Ziva confida nuovamente a Gibbs le sue preoccupazioni, ma lui la sorprende suggerendole che ci possano essere "altre ragioni" per la sua segretezza. Dopo aver scoperto che Tony fa spesso visita all'ospedale per andare a trovare la sua fidanzata, ne sembra apparentemente stupita.
Agente Speciale Timothy McGee Timothy McGee è stata probabilmente la prima persona ad accettare Ziva come parte della squadra. Ben presto, nella terza stagione, Ziva andrà da McGee per chiedergli dei consigli. Per esempio, in "Una bara di ferro", gli confida le sue prime difficoltà ad integrarsi pienamente. Il loro rapporto è simile a quello tra un fratello e una sorella, e spesso Ziva fa scherzosamente comunella con Tony contro di lui. Nell'episodio "L'intoccabile" (stagione 3), ad esempio, i due dicono di aver incollato la faccia di McGee al tavolo, una volta, mentre nell'episodio "Witch Hunt" (stagione 4), Ziva e Tony lo prendono in giro sul vestito di "Elfo di Montagna" che lui aveva indossato per Halloween. Comunque, Ziva è stata più volte vista ad aiutare McGee mentre Tony gli dava fastidio. McGee, in realtà, è sia spaventato che messo in soggezione da Ziva. In "Una bara di ferro", parla con fin troppo entusiasmo ad Abby della memoria fotografica di Ziva, provocando così la sua invidia. Comunque, McGee non vede Ziva come una donna - o almeno non come una donna normale (Once a hero - stagione 4). Nel suo libro, McGee descrive gli occhi di Ziva (alla quale ha ispirato un personaggio, Lisa) dicendo: "Gli occhi di Lisa gli ricordavano due smeraldi, rovinati solo dal gelo del suo cuore."
Specialista Forense Abby Sciuto Quando Ziva entra a far parte dell'NCIS, crede di non piacere al Tecnico di Laboratorio Abby Sciuto, ed ha in parte ragione. In ogni modo, Abby alla fine accetterà Ziva nella squadra. Nonostante questo, quando Gibbs viene ferito gravemente nell'episodio "L'attentato", Ziva ed Abby arrivano a picchiarsi dopo l'accusa di Abby di non preoccuparsi affatto delle condizioni di salute di Gibbs; in seguito, comunque, Ziva si dispiacerà molto della sua apparente incapacità di mostrare lo stesso livello di preoccupazione degli altri. Le due, comunque, si riappacificheranno grazie alla mediazione di Tony. Dalla quarta stagione, Ziva ed Abby sembrano essere diventate amiche. Ziva sceglie spesso Abby per confidarsi, ed Abby è la prima persona che lei chiama quando finisce nei guai con il Mossad e l'FBI in "Shalom".
Dott. Donald "Ducky" Mallard Ziva ha un forte legame con il dott. Mallard, il Medico Legale, probabilmente a causa del fatto che in "Una bara di ferro", lei gli salvò la vita da un'Antropologa Forense che per rubare delle armi senza avere testimoni doveva ucciderlo. Nell'episodio "Witch Hunt", Ziva si confida con Ducky e lui si offre di aiutarla ogni volta che ne avrà più bisogno.
Direttore Jenny Shepard ] Ziva è particolarmente legata al Direttore dell'NCIS Jenny Shepard, con la quale aveva già lavorato in passato. Ziva ha collaborato col Direttore in molte operazioni Anti-Terrorismo congiunte a partire dal 2001 (nell'episodio "Uccidete Ari", viene rivelato che in Egitto Ziva ha salvato la vita al Direttore Shepard), e in molte occasioni è stata vista confidarsi con Jenny, contando su di lei per ottenere delle informazioni utili alle indagini della squadra. In "Shalom", Jenny racconta di aver viaggiato insieme a Ziva nell'Europa dell'Est. Ziva, in più di un'occasione, disobbedisce a Gibbs dando a Jenny delle informazioni che lui non vuole che il Direttore sappia.