主要成员
尼克·弗瑞（Nick Fury）
神盾局前局长 尼克·弗瑞
神盾局前局长，10级特工，也被称为33级官员。弗瑞服用了由贝特霍尔德·斯腾伯格（Berthold Sternberg）教授发明的抗老化药剂（SSS计划），身体老化速度大大减缓（这种血清药剂需持久服用，如果突然停止服用，身体会以极快的速度老化。冬日战士、神盾局特工达姆弹·杜根等人也在持续注射）。弗瑞是一名超凡的领导者，拥有无与伦比的战略头脑，能够根据战场形势的转变快速制定相应的战术措施。他也是一名顶级的军事专家，拥有丰富的战斗经验和军事知识，曾参与并通过了绿色和黑色贝雷帽特种部队的所有训练。
漫画中的弗瑞是个白人，并未直接参与复仇者的建立。原本是个普通军人，在二战中被手榴弹弹片炸瞎左眼，在二战后加入CIA，后组建神盾局。身为守墙人，在大事件《原罪》中为了从暗中保护地球免于外星人威胁杀死观察者，获取观察者之眼的超能力成为隐匿的窥视之人。
电影《美国队长2》中因神盾局遭九头蛇渗透而解散神盾局，并在《神盾局特工第一季》最终集将局长一职交给科尔森（但是不表明弗瑞隐退，科尔森可能只是代理）。于《复仇者联盟2：奥创纪元》中重出江湖，但暂未有接回局长一职的意向。在《复仇者联盟3：无限战争》中因灭霸集齐无限宝石而作为宇宙一半生命之一遭到消灭，但在消失前成功联系了惊奇队长卡罗尔·丹佛斯，为一切留下了希望。黑寡妇/娜塔莎·罗曼诺夫（Black Widow/Natasha Romanoff）
神盾局10级特工，电影宇宙中为7级特工。前苏联人，前克格勃特工，代号黑寡妇，复仇者联盟成员。她是世界上最优秀的特工，精通各种语言和格斗术，渗透与刑讯能力极强，因注射血清衰老缓慢，其年龄仅比美国队长小11岁。
漫画中的娜塔莎原本被苏联的红房子培养的精英特工、间谍和杀手，其教官是冬日战士詹姆斯·巴恩斯，年幼时曾与美国队长和金刚狼接触。接受任务来到美国后一度利用当时刚刚受到钢铁侠的影响成为超级英雄的鹰眼对付钢铁侠，后在各种事件影响下被招安加入神盾局，成为除局长尼克·弗瑞外唯一一名10级特工。在漫画中并非复仇者联盟常驻成员，只受尼克·弗瑞的直接指挥，在尼克·弗瑞离开后带领以新蜘蛛侠迈尔斯·莫拉雷斯、惊奇女士卡玛拉·可汗为代表的少年英雄组成的冠军小队，在大事件《秘密帝国》中暗杀九头蛇用宇宙魔方制造出的九头蛇版美国队长，在激战中被九头蛇队长误杀。冠军小队继承其遗志，继续与九头蛇作战。
黑寡妇
电影中的娜塔莎早年为俄国“Red House”卖命，被鹰眼招安加入神盾局，后被派入托尼·史塔克（钢铁侠）的公司做卧底，监视钢铁侠的身体状况，并帮助解决了鞭索的动乱。邪神洛基带领奇塔瑞士兵攻入地球时，黑寡妇受命召集绿巨人等超级英雄，组成了复仇者联盟。
纽约大战后，神盾局被九头蛇渗透，娜塔莎协助美国队长拯救神盾局。神盾局陷落日，黑寡妇在华盛顿三曲翼大楼揭露了皮尔斯，并公开了神盾局所有的机密文件，随后和美国队长、猎鹰、尼克·弗瑞、玛利亚·希尔一起摧毁了由九头蛇首脑亚历山大·皮尔斯操控的“洞察计划”。神盾局陷落后，黑寡妇正式加入复仇者联盟，并参加了对抗奥创的索科维亚之战。天空之城战役后，黑寡妇与新加入的猎鹰、绯红女巫等复仇者一起行动。
由于世界的恐慌，各国呼吁超级英雄由政府管理，超级英雄对于《索科维亚协议》产生了分歧，想团结复仇者的黑寡妇陷入左右为难的境地，后支持立法，加入了钢铁侠的队伍，前往维也纳出席了协议签署大会，随后参加了英雄内战。对于复仇者的分裂，她一直有自己冷静的思考，最终在关键时刻牵制住了黑豹，放走了美国队长。
（以上为电影宇宙中的情节）菲尔·科尔森（Phil Coulson）
神盾局前局长，曾经的8级特工。美国特工的样板，具有极强的组织能力和行动力。一个充满超级英雄的宇宙里的普通人。是美国队长的超级粉丝。在纽约之战中被洛基杀死，后被尼克·弗瑞用塔希提计划（菲尔·科尔森在被杀死前就是塔希提计划的负责人，后退出）治疗复活，并修改了记忆（在克里人血清提取物的影响下，现已找回）。《神盾局特工第一季》最终集，科尔森接任神盾局局长。于神盾特工第二季中取消了神盾局的特工等级制度。
菲尔·科尔森
在《神盾局特工》中曾有两段恋情，第一段与大提琴家奥黛丽相爱，因菲尔·科尔森被洛基杀死而告终，复活后因希望奥黛丽过上新的生活而离开。第二段是与ATCU首领罗莎琳德·普莱斯有过一段感情，但是因在第九集中罗莎琳德被格兰特·沃德杀害而告终。
科尔森说出“联系局长”，表明其已卸任
在《神盾局特工第三季》季终，菲尔·科尔森已经卸掉神盾局局长职务。
在《神盾局特工第四季》中，菲尔·科尔森成为新任局长杰弗里·梅斯的高级顾问。玛丽亚·希尔（Maria Hill）
空中战舰指挥官，9级特工，在尼克·弗瑞作为守墙人脱离神盾局之后一直作为神盾局实际上的最高指挥官。曾作为神盾局与复仇者联盟的联络人，在黛西·约翰森被无限期停职后接任神盾局局长一职。
《美国队长2》神盾局解散后任职斯塔克工业，仍与弗瑞等多名神盾局元老保持秘密联系，在《复仇者联盟2：奥创纪元》中和弗瑞一起协助复仇者联盟，在《复仇者联盟3：无限战争》中因灭霸集齐无限宝石而作为宇宙一半生命之一遭到消灭。鹰眼/克林特·巴顿（Clint Barton）
神盾局资深特工，了解组织的许多秘密，善于射箭、剑术及各种格斗技巧，也是个精英黑客。漫画中曾是马戏团射箭演员，师傅是著名的反派剑客（Swordsman），因为受到钢铁侠的影响而脱离马戏团成为超级英雄，后被神盾局招募成为8级特工，之后又加入复仇者联盟。因同时身为复仇者联盟的骨干一度脱离神盾局。电影中为7级特工。仿声鸟/芭芭拉·莫尔斯（Barbara Morse）
曾经代号为19号特工，尼克·弗瑞的左膀右臂。超级女战士，善使一对武棍。漫画中为神盾局6级特工，其前夫为鹰眼；电视剧中等级未表，前夫为兰斯·亨特。《神盾局特工第三季》中她与兰斯·亨特在一次俄罗斯的任务中暴露了身份，他们虽然未被处死，但也因此离开了神盾局和特工这个行业，目前未回归。里克·斯托纳上校（Rick Stoner）
在MCU中，是与佩姬·卡特、霍华德·史塔克一同创立了神盾局前身战略科学军团的人物。被九头蛇暗杀。达姆弹·杜根（Timothy "Dum Dum" Dugan）
曾经是咆哮突击队下士，与巴基·巴恩斯、詹姆斯·豪利特（罗根，金刚狼）共同在二战中协助美国队长。漫画中为8级特工，和尼克·弗瑞、杰克·弗瑞、冯·斯特拉克男爵同属于圣盾兄弟会。与弗瑞一样，拥有大量的生命模仿替身（Life Model Decoy，LMD）。
G.W.布里奇（G.W.Bridge）
曾担任局长，与超级英雄惩罚者和变种人佣兵电索熟识，是菲尔·科尔森的创作原型。美国队长/史蒂夫·罗杰斯（Captain America/Steve Rogers）
二战时期超级士兵血清唯一的成功样本，创始人佩姬·卡特和霍华德·史塔克的好友。从冰封中苏醒后不仅加入复仇者联盟，同样加入了神盾局。8级特工。
在漫画中因为超级士兵血清被夺走而变老，将美国队长之称让位给猎鹰山姆·威尔逊。全新全异世界（All New，All Different）的大事件《快乐之丘》中，由于被红骷髅灌输了九头蛇的思想的宇宙魔方Kobik的力量影响而恢复年轻，重新成为美国队长，然而，该美国队长却是由Kobik创造出的、早年和母亲加入九头蛇纽约分部的另一个史蒂夫·罗杰斯。其作为九头蛇资深特工决定重组九头蛇，与泽莫男爵合作、在大事件《秘密帝国》中铺陈阴谋，隔绝一线超级英雄、用暗力屏障笼罩华盛顿暗算复仇者联盟、组建九头蛇复仇者，掌控整个美国。最终，在所有超级英雄的共同努力下，冬日战士巴基·巴恩斯成功从宇宙魔方内部将真正的美国队长带回并击败了九头蛇队长，将被九头蛇统治的世界恢复原状，真正的史蒂夫决定在美国队长重新作为自由的象征在人们心里之前继续弥补另一个自己的过失。莎伦·卡特/13号特工（Sharon Carter/Agent 13）
美国队长在神盾局的联络官和恋人，13号特工，被弗瑞安排在史蒂夫·罗杰斯身边暗中保护他。漫画中为佩吉·卡特的侄女，9级特工，电影中未表明等级。钢铁侠/托尼·史塔克（Iron Man/Tony Stark）
因为拥有各式各样的战衣而闻名世界的亿万富翁，同时是神盾局创始人霍华德·史塔克的儿子。在漫画中一度担任神盾局局长。诺曼·奥斯本/绿魔（Norman Osborn）
蜘蛛侠的敌人以及蜘蛛侠好朋友哈利的父亲，后被章鱼博士注入变异激素变成绿魔。解散了神盾局 ，成立天锤局（H.A.M.M.E.R.）。33号特工（Kara Lynn Palamas/Agent 33）
招募复仇者的大力神海格力斯（Hercules）对抗战神阿瑞斯（Ares）和他的手下Warhawks，在电视剧中被九头蛇洗脑并招募，怀特霍尔被杀死后脱离九头蛇控制，后因妄图杀死仿声鸟并刺杀神盾局的营救小分队。她变成梅琳达·梅的样子被格兰特·沃德杀死。
根据之后的储物柜序号，推测梅琳达·梅可能将会是下一任的33号特工（Agent 33）。理查德·帕克（Richard Parker）
蜘蛛侠彼得·本杰明·帕克（Peter Benjamin Parker）的父亲，彼得年幼时他在任务中被杀。玛丽·帕克（Mary Fitzpatrick Parker）
蜘蛛侠彼得·帕克（Peter Benjamin Parker）的母亲，在任务中被杀。亚历山大·皮尔斯（Alexander Goodwin Pierce）
电影中为九头蛇在神盾局的卧底，是弗瑞的前任局长。在漫画中为尼克·弗瑞的救护员兼保镖，是跟随弗瑞多年、值得信任的特工。曾领导过秘密勇士（Secret Warriors）的一支分队。Howling Commandos（嚎叫突击队/咆哮突击队）
怪物集团，由达姆弹·杜根领导，成员有诸如狼人、类人体、活木乃伊、弗兰肯斯坦的怪物（科学怪人）、僵尸等等等。刀锋战士（Blade）也曾是其中的成员（现在已经脱离，但仍保留特工身份）。除了刀锋战士为10级特工以外，其余成员均为8级特工。温德尔·沃恩（Wendell Vaughn）/类星体（Quasar）
神盾学院成绩优秀，在局内担任书面研究人员，负责研究惊奇队长迈-威尔（Mar-Vell）留下的量子手带。因为A.I.M.的介入而意外戴上量子手带，成为超级英雄类星体并作为神盾局的超级特工执行任务。后成为永恒的护卫者，曾多次协助银河护卫队（Guardians of the Galaxy）。山姆·威尔逊/猎鹰（Sam Wilson/Falcon）
神盾局优秀的飞行特工，由于宇宙立方获得与鸟类进行心灵沟通的能力，后成为超级英雄猎鹰，曾一度担任美国队长的搭档，后加入复仇者联盟。
在漫画中，由于美国队长体内的超级士兵血清被夺走而变老，史蒂夫·罗杰斯将衣钵传给猎鹰，委托其担任新一任美国队长。现在的猎鹰领导着全新全异的复仇者联盟队伍。克雷·奎特曼（Clay Quartermain）
8级特工，跟随弗瑞多年，在局内占据举足轻重的地位。曾担任猎杀浩克的Hulkbusters在神盾局的联络官。吉米·吴（Jimmy Woo）
前FBI精英特工，后成为神盾局8级特工。对抗过华人超级反派黄爪（Yellow Claw），曾加入达姆弹·杜根的特别行动小队追猎巨大的变种恐龙哥斯拉。电视剧中其名字出现在《神盾局特工第二季》第4集里，梅的手机通讯录中。电影《蚁人2》中，吴正式出场，负责监视蚁人斯科特·朗长达两年，以免其违反禁足令。上校迈克尔“米奇”罗西（Col. Michael "Mickey" Rossi）：Carol Danvers（惊奇女士Ms.Marvel）的旧情人。
邮政先生（Mr. Postal）：生化电子特工的协调员。西蒙（Simon）：母舰通讯员。
杰拉德“硅”西姆斯（Gerald "Silcon" Simms）：精英特工，手臂液态金属化。
阿列克谢·雅辛（Alexei Vashin）： 前克格勃超人类事务专家。
卡利·弗里斯（Kali Vries）：渗透进 S.T.A.R.S.。
史蒂芬·郭（Steven·Guo）：神盾局5级特工，优秀的少年特工，潜伏在中国，执行秘密任务。
塞斯·沃特斯（Seth Waters）：华盛顿局长官。
看守（Warden）：领导ESP。
指挥官乔纳斯·威廉姆斯（Commander Jonas Williams）：带领别动队逮捕了擅离职守特工。
阿特拉斯代理（Agents of Atlas）：阿特拉斯特工队的首领。
拉里·扬（Larry Young）：空中骑兵军官。梅琳达·梅（Melinda May）
登场于《神盾局特工》，是菲尔·科尔森的得力助手，7级特工。受尼克·弗瑞指令潜伏在科尔森身边观察他。华裔，拥有极强的格斗能力，擅长驾驶飞机，外号“铁骑”。
共8张
《神盾局特工》成员
曾性格幽默，好恶作剧。但巴林岛的一次任务中亲手杀死身为事件黑幕的超能力小女孩后决定不再出外勤，性格变得冷酷、少话。后被菲尔·科尔森说服加入外勤特工小组，继续参加外勤任务。并在《神盾局特工第一季》中向尼克·弗瑞持续汇报菲尔·科尔森的情况。在《神盾局特工第三季》中揭示其前夫为“鞭笞”安德鲁。《神盾局特工第四季》中被任命为S.T.R.I.K.E.突击队队长。斯凯/黛西·约翰逊/震波女（Skye/Daisy Johnson/Quake）
超级英雄，拥有制造强震荡波的能力。在漫画中是超级反派海德先生（Mr.Hyde）卡尔文·扎博之女，由于父亲的基因遗传，使黛西天生就有制造震荡波的超能力，不过并非变种人。漫画中是神盾局10级特工，在弗瑞脱离神盾局后一度担任局长，但因为行事冲动、极端，擅自指挥复仇者联盟和秘密复仇者进行暗杀行动而最终被停职。
于MCU的《神盾局特工第一季》以假名“斯凯”登场，曾是黑客组织涨潮成员，在第一季中成为特批加入外勤特工小组的1级特工，与科尔森、梅、沃德、菲兹和西蒙斯一同出任务。在《神盾局特工第二季》中揭示其为异人族及真名黛西·约翰逊，身为异人族的超能力来自其母亲而非漫画中的父亲，并在剧情中段通过方尖碑中的泰瑞根水晶变异获得超能力，此后被异人族社会“来世”带走并进行教导，最终和父亲卡尔文·约翰逊联手击败了妄图瓦解神盾局、引发异人族和人类战争的母亲贾盈。《神盾局特工第三季》中与在来世时的好友&导师、具有放电能力的异人林肯·坎贝尔一起在神盾局工作，在剧情后期遇见被最古老的异人——蜂巢占据身体的格兰特·沃德而被其能力“劝降”，成为“蜂巢”的手下，但被鞭笞救回。由于亲眼目睹林肯驾驶昆式战斗机与蜂巢一起在太空中同归于尽，遭受巨大打击而在最终集的结尾中脱离神盾局，并受到菲尔·科尔森等人的追捕。在《神盾局特工第四季》第八集正式回归神盾局，此前的脱离组织行为被认定为神盾局在监察者（Watchdogs）等反异人组织的秘密卧底任务。格兰特·沃德（Grant Ward）
法国人，7级特工。格斗术极强，枪法十分精准，卧底专家，但不擅长与人交流。科尔森的外勤特工小组中的一员。真实身份为九头蛇成员 “千里眼” （约翰·加勒特）安排在神盾局内部的卧底。于《神盾局特工第一季》结尾反叛，乘着《美国队长2》中九头蛇大举渗透的余波瓦解神盾局，并在第二季、第三季重组九头蛇青壮派，不断与科尔森和他的神盾局对抗。最终在《神盾局特工第三季》中因狙杀菲尔·科尔森的爱人、ATCU的首领罗莎琳德·普莱斯而遭到科尔森的追捕，并在最古老异人蜂巢被流放的异星球被科尔森杀死，尸体被蜂巢寄生后回归地球。
作为蜂巢，杀死九头蛇支部长官吉迪恩·马利克后先后用超能力将黛西、詹姆斯（地狱火）等异人洗脑组建异人组织试图将人类全部转变为异人，但因为鞭笞和神盾局的同心协力而失败。最后被林肯·坎贝尔用昆式战斗机带上太空，同归于尽。
在《神盾局特工第四季》中，出现在生命模仿替身艾达的框架世界中，在那里是神盾局安插在九头蛇内部的卧底特工，仍然牵挂着他的斯凯。框架崩塌后下落不明。利奥波德·“莱奥”·菲兹（Leopold "Leo" Fitz）
5级特工，科尔森外勤小队成员。机械工程学家和电子工程师，与珍玛·西蒙斯互为热恋情人，《神盾局第五季》中结为夫妻。
队伍中的发明大师，包括和风一号、睡眠枪、科尔森的机械手在内80%以上的设备都是他或他和西蒙斯共同开发的。《神盾局特工第二季》因为上季被扔下海底而造成脑损伤，不时出现西蒙斯的幻觉，后期恢复正常。《神盾局特工第三季》末尾开始于生物科学家霍顿·拉德克里夫（Holdon Radcliffe）合作，并在《神盾局特工第四季》中参与研发生命模仿替身艾达。
在框架世界中是九头蛇的高层官员——博士，与现实中天真善良而有些胆小的性格完全相反，杀人如麻，《神盾局第五季》中由于深受框架时期的梦魇，博士成为其第二人格。
菲兹在《神盾局特工》第五季第二十二集因被铁片穿身死亡，过去的自己却还活在宇宙中的某一处。珍玛·西蒙斯（Jemma Simmons）
5级特工，科尔森外勤小队成员。生物化学家和医师，与莱奥·菲兹互为热恋情人，《神盾局第五季》中结为夫妻。
《神盾局特工第二季》前期在九头蛇内部卧底，中期即回归，并于结尾被传送石碑传送到蜂巢所在的异星球。在《神盾局特工第三季》认识远星计划的宇航员威尔，经过九死一生终于回到地球、与小队一同应对蜂巢的威胁。在《神盾局特工第四季》中官至高级科学顾问，一直在暗中帮助曾经的队友们。死亡战士/迈克·皮特森（Deathlok/Michael Peterson）
“千里眼”约翰·加勒特发起的蜈蚣计划的参与者，因为药物而得到超级力量，与科尔森的外勤特工小组对峙一番后加入神盾局成为特工。后在任务中被伏击重伤，随后被九头蛇改造为超级英雄死亡战士，因为安装了Cybertec的监视器左眼，被以儿子的安全威胁作为九头蛇特工。在《神盾局特工第一季》结尾因为斯凯救出儿子艾斯而向加勒特发起反叛。
在《神盾局特工第二季》中作为秘密特工帮助科尔森执行海外任务。安东·崔普利特（Antoine Triplett）
6级特工，祖父是嚎叫突击队队员，随身携带的工具箱里装满了嚎叫突击队使用的特殊设备。
性情耿直豪爽，黛西、西蒙斯等女队员都对他颇有好感，本人待人也确实友善。得知恩师约翰·加勒特竟是九头蛇卧底后悲愤不已。在《神盾局特工第二季》探索方尖碑时与黛西同时接触泰瑞根迷雾，因为没有异人血统而石化爆碎，牺牲。
阿方索·麦肯锡（Alphonso Mackenzie）
电视剧中等级未表。漫画中曾是CIA特工。
于《神盾局特工第二季》登场，曾与芭芭拉·莫尔斯和兰斯·亨特共事多年，是个技术精湛的电子工程师。在结尾当机立断砍掉了科尔森因接触泰瑞根水晶而石化的左手。外表高大粗壮实际上粗中有细，感情细腻，在《神盾局特工第三季》中以间谍方式送别芭比和亨特、以及安慰曾一度被蜂巢劝降的黛西时可见一斑。曾一度担任临时局长。兰斯·亨特（Lance Hunter）
英国人。在漫画中是军情六处的特工，MCU中为神盾局特工，等级未表。
芭芭拉·莫尔斯的前夫，两人一直处于若即若离的暧昧关系。因为好友被受格兰特·沃德指派抢夺方尖碑的吸收人害死而愤怒地将矛头指向沃德，一直试图向沃德和他的九头蛇复仇。于《神盾局特工第三季》因在俄罗斯执行任务时暴露而和芭芭拉一起离开神盾局，被迫与伙伴们告别。爱国者/杰弗里·梅斯（Patriot/Jeffery Mace）
于《神盾局特工第四季》登场，菲尔·科尔森隐退后神盾局的新局长。由ATCU指挥官、国防部长格伦·塔尔伯特准将引荐，受塔尔伯特委托，注射药物得到超强力量、躯体伪装成异人以让神盾局在公众面前重拾影响力。一直想要将神盾局重新带回公众平台，并借助神盾局的力量保护人类和异人族的安全，但却不得不一直保持着令人讨厌的官僚腔调，也因此一直不被科尔森小队的成员认可。
在框架世界中同样是神盾局局长，作为爱国者与九头蛇战斗、保护异人族的权利。在菲兹发射飞弹袭击神盾局大楼时，为了救助幼童挺身而出挡住坍塌的楼板，被掩埋在建筑下，在人生的最后实现了成为英雄的愿望。现实中的杰弗里也同时掉线、失去生命体征而死。
秘密勇士/毛虫特工队（Secret Warriors/Caterpillars）
神盾局秘密组建的超能力者特工小队，在漫画中由尼克·弗瑞直接参与建成，而《神盾局特工》中则由菲尔·科尔森协助震波女黛西·约翰逊建立。
漫画中，这支队伍最早是为了抵抗斯克鲁尔星人的秘密入侵而由弗瑞挑选他最信任的超级特工组成，这些成员囊括了变种人、异人族以及各种各样的超能力者，主要成员包括震波女黛西·约翰逊，弹弓（Slingshot）悠悠·罗德里格斯，地狱火（Hellfire）J.T.詹姆斯，路障（Stonewall）杰瑞·史莱吉等等。
而《神盾局特工第三季》中，这支队伍则是为了对付古老异人蜂巢（Hive）而建立，创始成员除了黛西和弹弓以外，还有能够融化金属的异人乔伊和有着控制电子能力的异人林肯·坎贝尔。
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