《复联3》的整体故事由贯穿漫威宇宙的六颗无限宝石展开。在漫威电影宇宙里，创世之前曾经存在六个奇点。大爆炸后宇宙诞生，六个奇点的残留物也变成了六颗无限宝石。
预告片告诉我们，当六颗宝石全都被镶嵌在“无限手套”上时，就会具有毁掉半个宇宙的威力，超级反派“灭霸”在《复联3》里想做的，就是集齐宝石，毁掉半个宇宙。要想看懂《复联3》，就要先了解一下《复联3》开始之前宝石们都在哪。
橙色宝石名称没公布，但据说6颗宝石名称首字母连起来是灭霸的名字Thanos
蓝色的空间宝石“宇宙魔方”在洛基手里。这颗宝石最早出现在《雷神1》的彩蛋里，它在几千年前就被封印在地球，可以把任意物体移动到任意位置。在《美国队长》里，反派九头蛇红骷髅想用它制作灭世武器，但在战斗中宇宙魔方不慎沉入海底，之后钢铁侠的父亲把它打捞上来交给了神盾局。
神盾局是地球上的国土战略防御攻击与后期保障局。美国队长是一名在二战时期被注射了特殊血清而变成超级英雄的士兵，曾立下赫赫战功，在战斗中掉入大海被冰封近70年，之后被打捞上来，钢铁侠的父亲为他打造了世界上最坚硬的金属振金打造的盾牌。
《复联1》里，宇宙魔方一度被洛基拿走，用来制造宇宙虫洞让外星人入侵地球。洛基最终被雷神托尔打败，宇宙魔方也被雷神带回了神域。抖森扮演的洛基是雷神托尔的弟弟。雷神还有个姐姐，在《雷神3》里，雷神的爸爸去世了，争夺王位过程中，姐姐捏爆了托尔的锤子，所以雷神在《复联3》里没有锤子。托尔杀了姐姐，洛基趁乱偷走了宇宙魔方。最终，托尔带领族人乘坐飞船前往地球落脚。
《雷神3》的彩蛋里，托尔和族人乘坐的宇宙飞船在去地球的路上遇上了灭霸，《复联3》的故事也正是从这里展开。雷神身边的超级英雄海姆达尔可以用他的大宝剑把人传送到其他地点。
红色的现实宝石目前在收藏家手里。这颗宝石以“以太粒子”的形式在《雷神2》里出现过，拥有改变现实的能力。它本来在黑暗精灵手上，后来雷神把这颗宝石交给收藏家保管，在《雷神2》片尾彩蛋里，收藏家拿着宝石说“一件到手，还有5件”，这也表明漫威电影宇宙里的宝石一共只有6颗（漫画设定是7颗）。
绿色的时间宝石目前在奇异博士的项链里。这颗宝石可以穿越到过去或未来中的任意一点时间，在《奇异博士》里首次出现，存放在尼泊尔的卡玛泰姬至圣所图书馆里，后来被奇异博士得到。
黄色的心灵宝石在幻世头上。这颗宝石可以进入他人思维，控制他们的大脑。在《复联1》里，灭霸把奇塔瑞权杖交给洛基，让他带着权杖来地球夺取空间宝石。《复联2》里，钢铁侠、绿巨人和雷神等人阴错阳差用权杖里的心灵宝石造出了幻世。
绿巨人是由高智商的班纳博士受到辐射变成的。钢铁侠是天才发明家、实业家和大型军火公司老板。幻世还有个女朋友，是绯红女巫。
在《美国队长3》里，复仇者联盟因为种种原因进行了一场内战，内战过后美国队长与钢铁侠决裂，扔了钢铁侠父亲给他的盾牌。虽然不再是朋友，美国队长还是寄给钢铁侠一部手机以防万一。
和美国队长相关的超级英雄还包括有机械翅膀的猎鹰、有机械手臂的冬兵、前神盾局特工黑寡妇、能变大变小的蚁人等人，其中大部分被美国政府通缉。因为上述原因，《复联3》里的美队没有穿标志性的美国国旗服装，也没有了盾。
内战之后，冬兵的金属手臂受伤，到了一个名叫瓦坎达的国家治疗，《复联3》预告片里的平原大战就发生在瓦坎达。瓦坎达是一个虚构的非洲国家，拥有世界上最先进的科技，以及地球上唯一的振金矿。振金坚硬无比。美队的盾牌和幻视的身体都由这种金属制造。
瓦坎达的国王黑豹也是一名超级英雄，他靠服用心形草药提高作战能力，还拥有黑豹战甲。他还有个16岁的妹妹苏睿，有天才头脑，为国家设计了很多高科技武器。