Als die 12-jährigen Zwillinge Mabel und Dipper von ihren Eltern in das vermeintlich verschlafene Nest Gravity Falls im US-Bundesstaat Oregon geschickt werden, um dort den Sommer bei ihrem Großonkel Stan zu verbringen, ahnen sie noch nicht, was für ein großes Abenteuer vor ihnen liegt. In Gravity Falls ist nämlich nichts so, wie es scheint. Während sie Stan in seinem Kuriositätenmuseum aushelfen sollen, werden sie zunehmend mit übernatürlichen Vorkommnissen, merkwürdigen Kreaturen und zwielichtigen Stadtbewohnern konfrontiert. Mithilfe mysteriöser Bücher versuchen die Geschwister gemeinsam hinter das Geheimnis des ominösen Ortes zu kommen.