De tre, som var medlemmer av Hamas-bevegelsens væpnede gren Ezzedine al-Qassam-brigadene, satt i en bil som ble angrepet i Khan Yunis sør på Gazastripen.
Angrepet er en «alvorlig opptrapping» som Israel vil måtte ta følgene av, heter det i en kunngjøring fra brigadene.
En talsmann for det israelske forsvaret bekrefter at mennene ble drept i et flyangrep og hevdet at de planla å bortføre israelere under den jødiske påskefeiringen.
– Et fly fra det israelske luftforsvaret angrep en av Hamas’ terrorceller som planla bortføringer på Sinai-halvøya og i Israel under påskefeiringen, sier talsmannen.
Onsdag ble et medlem av de militante palestinske gruppen Islamsk hellig krig drept i et israelsk flyangrep i det samme området.