На лето Диппер и Мэйбл Пайнс приезжают в небольшой орегонский город Гравити Фолз. Вместо отдыха с друзьями двенадцатилетним близнецам предстоит несколько месяцев прожить у двоюродного дедушки Стэна, владельца местной туристической достопримечательности «Хижина Чудес». Стэн демонстрирует посетителям якобы сверхъестественные экспонаты, хотя большинство из них изготовлено специально для доверчивых туристов. Поэтому Диппер сначала воспринимает рассказы о местных чудесах как обычный способ заработать деньги. Мэйбл относится к поездке значительно проще. Она быстро знакомится с окружающими, постоянно ищет новые развлечения и мечтает встретить парня. Диппер же предпочитает исследовать окрестности и пытается найти хоть что-нибудь интересное в тихом городе. Во время одного из заданий Стэна мальчик отправляется в лес и случайно обнаруживает тайник. Внутри лежит загадочный дневник под номером 3. Его страницы заполнены сведениями о монстрах, призраках, необычных предметах и других аномалиях Гравити Фолз. Вскоре Диппер убеждается, что записи неизвестного автора правдивы. Вместе с Мэйбл он начинает расследовать происходящие в городе странности. Некоторые приключения оказываются забавными, другие же представляют настоящую опасность для близнецов и их друзей. Постепенно к расследованиям присоединяются Зус Рамирес и Венди Кордрой. Зус становится надёжным помощником близнецов, а Диппер влюбляется в Венди и пытается произвести на неё впечатление, несмотря на разницу в возрасте. Тем временем дневник вызывает всё больше вопросов. Диппер хочет найти остальные записи и установить личность автора. Следы приводят к событиям прошлого Гравити Фолз и людям, которые знают значительно больше, чем рассказывают. Отдельной загадкой становится сам дядя Стэн. Пока дети заняты поисками сверхъестественных существ, он тайно работает над неизвестным устройством под «Хижиной Чудес». Вскоре семейные секреты Пайнсов переплетаются с тайной дневников и планами могущественного демона Билла Шифра, который намерен превратить Гравити Фолз в центр настоящего сверхъестественного хаоса.
