Gravity Falls segue as aventuras dos gémeos de 12 anos Dipper e Mabel Pines, cujos planos para o Verão se esfumaram quando os pais os mandaram para casa do rabugento Tio Stan, no coração da cidade de Gravity Falls. Dipper e Mabel depressa descobrem que nem tudo é o que parece em Gravity Falls e que eles confiam um no outro e nos seus novos amigos para descobrir o que REALMENTE se passa nesta estranha cidade...