Os gêmeos Dipper e Mabel Pines, de 12 anos, vão passar as férias de verão na cidadezinha de Gravity Falls, no Oregon, com seu excêntrico e ganancioso tio-avô Stan ou Tivô Stan, como eles o chamam. Logo que os irmãos chegam à cidade, percebem que as coisas não são exatamente como parecem na verdade, tudo ali é bem esquisito. Então, com o auxílio de um diário misterioso que Dipper encontra na floresta, eles se dão conta de que aquele objeto será capaz de mudar sua visão de mundo para sempre....