Les aventures de jumeaux, un frère et une soeur, Dipper et Marbel Pines, dont les plans estivaux sont ruinés lorsque leurs parents décident de les envoyer chez leur grand oncle Stan à Gravity Falls, dans l'Oregon. Celui-ci tient un musée, le plus bizarre qui soit, un attrape-touristes. Rapidement, ils se rendent comptent que quelque chose ne tourne pas rond dans cette ville, mais quoi ?