Os gêmeos Dipper e Mabel Pines são enviados para passar o verão com seu tio-avô, Grunkle Stan, na misteriosa cidade de Gravity Falls, Oregon. Grunkle Stan faz com que as crianças o ajudem no Mystery Shack, a armadilha para turistas que ele possui. Os gêmeos tentam se adaptar ao ambiente diferente, mas sentem que há algo estranho em Gravity Falls e começam a descobrir seus segredos.