쌍둥이 남매 디퍼와 메이블 파인즈는 오리건 주의 중력 폭포(Gravity Falls)라는 신비한 마을에서 증조할아버지와 함께 여름을 보내고, 예기치 못한 모험을 떠나게 된다. 디퍼와 메이블의 큰삼촌이자 장사꾼인 스탠은 관광객들을 상대로 수수께끼 오두막집을 운영하며 바가지를 씌우고, 운영에 있어 가족들의 도움을 요청한다. 디퍼와 메이블은 수수께끼 오두막집이 사기라는 것을 금방 알아채지만, 마을의 이상한 기운을 감지하고는 중력 폭포(Gravity Falls)의 비밀을 풀기 시작한다.