Двенадцатилетние близнецы Диппер и Мэйбл Пайнс рассчитывают весело провести летние каникулы, но родители неожиданно отправляют их в небольшой городок Гравити Фолз, расположенный в штате Орегон. Здесь дети должны пожить у своего двоюродного дедушки Стэна Пайнса, которого называют дядей Стэном. Стэн владеет туристической лавкой «Хижина Чудес». Он зарабатывает на приезжих, демонстрируя им сомнительные экспонаты и продавая бесполезные сувениры. Диппер быстро начинает скучать, тогда как жизнерадостная Мэйбл практически сразу находит способы развлечься. В «Хижине Чудес» близнецы знакомятся с сотрудниками Стэна. Подросток Венди Кордрой работает за прилавком и сразу привлекает внимание Диппера. Добродушный мастер Зус Рамирес занимается ремонтом и с удовольствием участвует в приключениях детей. Всё меняется, когда Диппер во время прогулки по лесу обнаруживает спрятанный дневник с цифрой 3 на обложке. Неизвестный автор подробно описал в нём сверхъестественных существ, загадочные места и аномалии Гравити Фолз. Последние записи предупреждают читателя, что в городе нельзя никому доверять. Сначала Диппер сомневается в правдивости дневника, но очень скоро вместе с Мэйбл сталкивается с настоящими гномами. После этого близнецы начинают замечать странности практически повсюду. В лесах появляются чудовища, восковые фигуры оживают, а обычные на первый взгляд жители оказываются связаны с необъяснимыми событиями. Диппер решает выяснить, кто написал дневник и почему его спрятали. Мэйбл помогает брату, хотя значительно больше интересуется новыми знакомствами, вечеринками и поисками летней любви. Вместе они постепенно раскрывают всё больше секретов города. Особенно опасным противником становится демон Билл Шифр, обладающий огромными сверхъестественными возможностями. Его появление оказывается связано с тайнами, которые существуют в Гравити Фолз уже много лет. Но загадки скрываются не только в лесах. Диппер и Мэйбл начинают подозревать, что дядя Стэн тоже что-то от них скрывает. За закрытой дверью и странным поведением хозяина «Хижины Чудес» обнаруживается тайна, способная полностью изменить представление близнецов о собственной семье.
