Действие разворачивается летом, в небольшом городке Гравити Фолз, штат Орегон, куда близнецы Диппер и Мэйбл Пайнс отправляются на каникулы к своему двоюродному деду Стэну. Стэнфорд — владелец туристического центра «Хижина Чудес». Поначалу героям приходится скучновато, но вскоре они обнаруживают, что в городе происходит нечто сверхъестественное. Диппер случайно находит в лесу Дневник неизвестного автора под номером 3. В нём подробно описываются все аномалии Гравити Фолз. Диппер сразу решает узнать все секреты странного городка и найти автора дневника. Но на каждом шагу его и Мэйбл подстерегает...