Durante las vacaciones de verano, los gemelos Dipper y Mabel Pines viajan desde su casa en Pidemont, California, hasta la ciudad ficticia de Gravity Falls en Oregón, para vivir durante dos meses con su tío abuelo Stan. A pesar de que el pueblo parece un lugar tranquilo, pronto se darán cuenta de que las cosas no son como parecen, y con la ayuda de un diario que Dipper encuentra en el bosque, comprenderán que cada día ocurren cosas nuevas e inesperadas en el pequeño Gravity Falls.

Kristen Schaal y Jason Ritter son los encargados de poner voz a los dos pequeños protagonistas, mientras que Alex Hirsch, el creador de la ficción, hace lo propio con el tío abuelo Stan.