İkizler Dipper ve Mabel Pines, yaz tatilini geçirmek üzere gizemli bir kasaba olan Gravity Falls, Oregon'da yaşayan büyük amcaları Grunkle Stan'in yanına gönderilir. Grunkle Stan, sahip olduğu bir tür turistik tuzak olan The Mystery Shack'i işletirken, çocuklardan ona yardım etmelerini ister. İkizler, bu garip çevreye uyum sağlamaya çalışırken Gravity Falls kasabasının tuhaf doğasını fark etmeye başlar ve kasabanın bir şeyler sakladığını hissederler. Bu his, onların kasabanın sırlarını çözmeye yönelik meraklarını tetikler. Dipper, kasabanın gizemlerine dair ipuçları veren şifreli bir günlük keşfettiğinde, Mabel ile birlikte bu gizli bilgileri kullanarak kasabanın çevresini saran esrarengiz olaylarla mücadele etmeye karar verirler. Bu ikili, günlükten edindikleri bilgilerle ve kötülüklere karşı duydukları coşkulu arzuyla, karşılarına çıkan gizemli olayların üstesinden gelmeye çalışırlar. Gravity Falls, sıradan bir kasaba görüntüsünün ardında yatan sırlar ve çeşitli gizemler ile doludur. Dipper ve Mabel, her yeni ipucuyla birlikte kasabanın daha önce görülmemiş ve beklenmedik yüzleriyle karşılaşır. Film, genç izleyiciler için hem eğlenceli hem de heyecan dolu maceralar sunarak izleyiciye merak duygusunu yaşatır.