พี่น้องฝาแฝดสองคน Dipper และ Mabel Pines มาถึงเมือง Gravity Falls อันห่างไกลเพื่อใช้เวลาช่วงฤดูร้อนกับ Stan ลุงผู้ยิ่งใหญ่ของพวกเขา แต่บันทึกลึกลับที่ซ่อนอยู่ในป่าที่ Dipper พบได้เปิดเผยความลับที่แปลกประหลาดและน่าพิศวงของเมืองให้กับทั้งคู่ และ Dipper พยายามช่วย Mabel จากแฟนใหม่ของเธอที่ดูเหมือนจะเป็นซอมบี้ แต่จริงๆ แล้วเป็นอะไรที่แปลกกว่ามาก

Dipper, Mabel และ Soos ลงเรือสำรวจเพื่อพิสูจน์ว่ามีสัตว์ทะเลอยู่ด้านล่าง โดยหวังว่าจะได้รับเงินรางวัลหนึ่งพันเหรียญ ในขณะเดียวกัน สแตน หลังจากที่ถูกทิ้งโดยดิปเปอร์และมาเบล พยายามหาคู่จับปลา

มาเบลปั้นหุ่นขี้ผึ้งขนาดเท่าคนจริงของสแตนเพื่อเพิ่มลงในคอลเล็กชั่นหุ่นขี้ผึ้งของเขาแต่เมื่อหัวของหุ่นขี้ผึ้งหายไป ฝาแฝดทั้งสองก็อยู่ในคดีนี้

Dipper และ Mabel พบกับเพื่อนบ้านใหม่ที่น่าสนใจ: เด็กโรคจิตที่ชื่อ Li'l Gideon เมื่อกิเดี้ยนเริ่มหมกมุ่นอยู่กับมาเบลและพยายามเอาชนะใจเธอ ดิปเปอร์พยายามจะหยุดเขา

Dipper พยายามจีบเวนดี้ด้วยการโกหกเรื่องอายุของเขา ออกไปเที่ยวกับเวนดี้และเพื่อนๆ ของเธอ เด็กๆ จบลงที่ร้านค้าเก่าที่ถูกทิ้งร้างซึ่งดูเหมือนมีผีสิง

เมื่อกระบวยต้องการที่จะกลายเป็น "ลูกผู้ชาย" เขาเดินเข้าไปในป่าบนมหากาพย์การแสวงหาและตรงตามสายพันธุ์แปลกที่เขาสอนวิธีการของความเป็นชายของพวกเขา ในขณะเดียวกัน มาเบลพยายามทำให้สแตนสร้างความประทับใจให้เลซี่ ซูซาน

สแตนจัดงานปาร์ตี้ที่ Mystery Shack ในขณะที่ Dipper สร้างร่างโคลนของตัวเองเพื่อช่วยให้ Wendy ประทับใจ และ Mabel เผชิญหน้ากับคู่ต่อสู้คนใหม่ของเธอ Pacifica Northwest ในการต่อสู้คาราโอเกะ

ในวัน Pioneer Day ประจำปีที่น้ำตก Gravity เด็กๆ พบว่าผู้ก่อตั้งเมืองเป็นคนหลอกลวงและหลอกลวง ดังนั้นพวกเขาจึงออกเดินทางเพื่อเปิดเผยความจริง อย่างไรก็ตาม เมื่อพวกเขาทำเช่นนั้น นายอำเภอบลูบส์และรองเดอร์แลนด์ก็ไล่ตามพวกเขาเพื่อหยุดความลับไม่ให้ถูกเปิดเผย

ความปรารถนาของ Dipper เป็นจริงเมื่อเขาขโมยไทม์แมชชีนของ Time Traveller เพื่อแก้ไขข้อผิดพลาดและเอาชนะ Wendy ในขณะที่ Mabel มากับเขาเพื่อเอาชนะหมูของเธอ Waddles จนกระทั่งเมื่อ Dipper แก้ไขข้อผิดพลาดของเขาในที่สุด Mabel ก็สูญเสียหมูของเธอให้กับศัตรูของเธอ แปซิฟิกาตะวันตกเฉียงเหนือ ที่อื่น สแตนใช้รถถังดังค์เพื่อหลอกลวงเมือง

ดิปเปอร์ทำให้ตัวละครในวิดีโอเกมอย่างรัมเบิล แมคสคิร์มิชมีชีวิตขึ้นมาเพื่อต่อสู้กับร็อบบี้ แต่เมื่อสิ่งต่างๆ ไปไกลเกินไป ดิปเปอร์ก็ตระหนักว่าเขาต้องการจะช่วยร็อบบี้ ขณะเดียวกัน มาเบลพยายามยุติความกลัวความสูงของสแตน

Dipper รู้สึกไม่ปลอดภัยที่ Mabel กำลังจะกลายเป็นแฝดอัลฟ่า Dipper พยายามหาคริสตัลเวทย์มนตร์เพื่อให้สูงขึ้น แต่เมื่อกิเดี้ยนพบคริสตัล เขาใช้มันเพื่อย่อขนาดเด็ก ๆ และพยายามใช้มันบนสแตนเพื่อเข้าครอบครอง Mystery Shack

ผู้คนใน Gravity Falls รักฮัลโลวีนมากจนพวกเขาเฉลิมฉลองในฤดูร้อนด้วยแจ็คโอเมลอนและทริกออร์ทรีตมากมาย Dipper และ Mabel ตื่นเต้นที่จะได้ร่วมสนุก แต่เมื่อ Wendy พูดลวกๆ ว่าการหลอกลวงหรือเลี้ยงลูกเป็นเรื่องสำหรับเด็ก มุมมองของ Dipper ในตอนเย็นก็เปลี่ยนไป ค่ำคืนจะซับซ้อนยิ่งขึ้นเมื่อสัตว์ประหลาดที่ Dipper ดูถูกโดยไม่ได้ตั้งใจทำให้พวกเขาบรรลุโควตาขนมของเขาในตอนกลางคืน มิฉะนั้นเขาจะกินมัน

Mabel พนันว่า Grunkle Stan จะทำเงินได้มากขึ้นที่ Mystery Shack โดยปฏิบัติต่อผู้คนอย่างดีกว่าที่เขาทำโดยทำตัวหยาบคายและบ้าๆบอ ๆ เขามุ่งหน้าไปคว้าโชคจากรายการเกมโชว์ขณะที่เธอต้องรับมือกับพนักงานขี้เกียจและสัตว์ประหลาดตัวจริงที่ Dipper จับตัวไป

เมื่อเด็กๆ สแตนและซูสตกลงไปในหลุมที่ดูเหมือนไร้ก้นบึ้ง พวกเขาเล่าเรื่องราวให้กันและกันเพื่อฆ่าเวลา

Voice Over: Dipper ใช้ยาชูกำลังวิเศษเพื่อป้องกันไม่ให้เสียงของเขาแตกอีกครั้ง

เรื่องราวพินบอลที่ยอดเยี่ยมจริงๆ ของ Soos : เมื่อซูสและฝาแฝดพยายามโกงพินบอล พวกเขาพบว่าตัวเองติดอยู่ในเครื่อง

Trooth Ache: Mabel มอบชุดฟันปลอมบอกความจริงแก่ Grunkle Stan เพื่อป้องกันไม่ให้เขาโกหกตลอดเวลา

Mabel ผูกมิตรกับเงือกน้อยผู้น่ารักที่ติดอยู่ในสระน้ำสาธารณะและมุ่งมั่นที่จะส่งเขากลับไปหาครอบครัวของเขาในมหาสมุทร แม้ว่าจะหมายความว่าลมหมุนแห่งความรักของเธอจะสิ้นสุดลง ในขณะเดียวกัน ดิปเปอร์ได้รู้ว่าเวนดี้เป็นไลฟ์การ์ดที่สระน้ำ เขาจึงตัดสินใจว่าวิธีที่ดีที่สุดที่จะใช้เวลากับเธอคือการเป็นอาสาสมัคร ที่อื่น ทั้งหมดนี้เป็นสงครามแย่งชิงเก้าอี้สนามหญ้าที่ดีที่สุดที่สระน้ำระหว่างสแตนกับกิเดียน

Soos ค้นพบห้องที่ซ่อนอยู่ใน Mystery Shack และ Dipper ยินดีที่จะอ้างว่าเป็นพื้นที่อิสระของเขาเอง แต่มีปัญหาหนึ่งคือ Mabel ก็ต้องการห้องนี้เช่นกัน ทั้งสองแข่งขันกันเพื่อขออนุมัติจากสแตนเพื่อชิงห้องนี้ ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการแข่งขันที่ยากยิ่งขึ้นไปอีกเมื่อพี่น้องสลับร่างกันเนื่องจากพรมขนปุยลึกลับของห้อง

เมื่อเมเบลค้นพบว่าบอยแบนด์ที่เธอชื่นชอบจริงๆ แล้วคือกลุ่มโคลนที่ถูกคุมขัง เธอปล่อยพวกมันให้เป็นอิสระ เพียงตัดสินใจเก็บมันไว้สำหรับตัวเธอเอง ในขณะเดียวกัน Dipper คิดว่า Robbie ได้ล้างสมอง Wendy โดยใช้ข้อความลับที่ซ่อนอยู่ในเนื้อเพลงเพลงหนึ่งของเขา

เรซัวร์ยุคก่อนประวัติศาสตร์แย่งชิง Waddles หลังจาก Grunkle Stan โยนเขาออกไปข้างนอก และ Dipper, Mabel, Stan, Soos และ Old Man McGucket ออกตามหาสัตว์ร้ายเพื่อช่วย Waddle ในขณะเดียวกันก็จัดการกับปัญหามิตรภาพระหว่างกันและกัน

เด็กๆ และซูสเดินทางผ่านความคิดของกรันเคิล สแตน เพื่อปราบปิศาจโบราณที่ชื่อว่า บิล ไซเฟอร์ ซึ่งกิดเดียนเรียกตัวมาเพื่อนำรหัสกลับมายังเซฟของสแตนด้วยอุบายเพื่อเอา ​​Mystery Shack

หลังจากที่กิดเดียนขโมย Mystery Shack ออกจากสแตน ทุกสิ่งทุกอย่างใน Gravity Falls ดูเหมือนจะกลายเป็นสิ่งแปลกประหลาดทางตะวันตกมากยิ่งขึ้น - Dipper, Mabel และ Grunkle Stan ถูกบังคับให้ย้ายไปอยู่กับ Soos และยายของเขา ในขณะที่เมืองนี้ยังคงหลงใหลในเสน่ห์ของ Gideon ในขณะเดียวกัน กรันเคิล สแตนไม่แน่ใจว่าเขาจะดูแลฝาแฝดทั้งสองได้ และกำลังพิจารณาส่งพวกเขากลับบ้าน ดังนั้น เด็กๆ จึงขึ้นรถบัสเพื่อออกจาก Gravity Falls; แต่หุ่นยนต์ยักษ์ที่มีกิเดี้ยนอยู่ข้างในเริ่มไล่ตามพวกเขาเพราะเขาคิดว่าดิปเปอร์มีเจอร์นัล 1 อย่างไรก็ตาม ฝาแฝดทั้งสองเอาชนะกิเดี้ยนและกลับบ้านของพวกเขาได้ กรันเคิล สแตน เปิดเผยว่าเขาเป็นคนฉ้อโกง ซึ่งทำให้เขาต้องติดคุก ในตอนท้ายของตอน Grunkle Stan ได้เริ่มลำดับการเปิดใช้งานพอร์ทัลในห้องใต้ดินเพิงหลังจากที่เขารวบรวมวารสารทั้ง 3 เล่ม

สแตนยังคงทำงานในพอร์ทัลขณะที่ Mystery Shack จัดปาร์ตี้เปิดตัวครั้งยิ่งใหญ่หลังจากเหตุการณ์ Li'l Gideon ในขณะเดียวกันเมื่อ Dipper พบกับเจ้าหน้าที่ของรัฐบาลสองคนเขาพยายามบอกพวกเขาเกี่ยวกับความลึกลับของ Gravity Falls โดยให้พวกเขาดูบันทึกของเขา เมื่อเจ้าหน้าที่ไม่เชื่อสิ่งที่เขียนไว้ในบันทึก Dipper ก็กลายเป็นซอมบี้เพื่อพิสูจน์ให้พวกเขาเห็นว่าเขาไม่ได้บ้า

หน้าวารสารของ Dipper นำแก๊งไปสู่หลุมหลบภัยที่ซ่อนอยู่ของผู้เขียนซึ่งพวกเขาพบว่าตัวเองเผชิญหน้ากับมนุษย์จำแลงชั่วร้ายที่ผู้เขียนเลี้ยงดูจากไข่ลึกลับ ในขณะเดียวกัน Dipper ก็สร้างความกล้าที่จะบอกเวนดี้ว่าเขารู้สึกอย่างไรกับเธอ

หลังจากถูกแปซิฟิกาดูแคลนหลายครั้งเกินไปมาเบลท้าให้เธอเล่นกอล์ฟขนาดเล็กซึ่งควบคุมไม่ได้เมื่อเธอและดิปเปอร์พบว่าลูกกอล์ฟที่มีชีวิตควบคุมสนามได้

เมเบลพยายามโชว์หุ่นถุงเท้าที่สมบูรณ์แบบเพื่อสร้างความประทับใจให้กับคนใหม่ของเธอ ในขณะเดียวกัน Dipper พยายามหารหัสผ่านของแล็ปท็อปที่พบในบังเกอร์ในขณะที่ Bill Cipher ต้องการทำ "ข้อตกลง" กับเขา

หลังจากที่ซูส์สัญญากับยายของเขาว่าจะหาวันจัดงานหมั้นของเรกกี้ลูกพี่ลูกน้องของเขาดิปเปอร์และเมเบลก็เสนอตัวช่วยเขา ในที่สุดเขาใช้โปรแกรมจำลองการออกเดทเพื่อช่วยให้เขาพูดคุยกับสาว ๆ อย่างไรก็ตามGiffanyหญิงสาวในเกมเริ่มหมกมุ่นอยู่กับ Soos และเปิดเผยตัวเองว่าเป็น AI ที่มีอารมณ์มุ่งร้ายและขี้อิจฉาอย่างมากหลังจากที่ Soos ขอ Melody หญิงสาวที่ทำงานที่ร้านขายเนื้อเพื่อออกเดท ในขณะเดียวกันสแตนวางแผนที่จะขโมยหุ่นยนต์ตัวเล็กสำหรับ Mystery Shack

สแตนพยายามขายสินค้า Mystery Shack ให้กับผู้ซื้อที่ไม่รู้จักโดยเล่าเรื่องราวเกี่ยวกับสินค้าแต่ละรายการที่เขาขาย เรื่องราว ได้แก่ :

"Hands Off": หลังจากขโมยนาฬิกาทองคำของเธอแล้วสแตนก็ถูกแม่มดสาปและสูญเสียมือของเขาไป

"Abaconings": Waddles ฉลาดขึ้นเพราะเห็ดลึกลับและในไม่ช้าเขาก็ฉลาดจนลืมเรื่อง Mabel

"Clay Day": Mabel เผชิญหน้ากับความกลัวของเธอที่จะหยุดเคลื่อนไหวด้วยการต่อสู้กับสัตว์ประหลาดดิน

Dipper, Mabel, Soos, Wendy และ Old Man McGucket ค้นพบสมาคมลับใน Gravity Falls ที่ลบความทรงจำของผู้คนเกี่ยวกับสิ่งเหนือธรรมชาติ

Blendin Blandin กลับมาเผชิญหน้ากับ Dipper และ Mabel ในการต่อสู้แห่งอนาคตที่อาจถึงตายได้ ในขณะเดียวกัน Soos ก็ไม่พอใจกับวันเกิดของเขา Dipper และ Mabel พยายามหาสาเหตุ

เมเบลใช้การจับคู่มากเกินไปเมื่อเธอขโมยยาแห่งความรักจากพระเจ้าแห่งความรักที่แท้จริงเพื่อใช้กับร็อบบี้และแทมบรี ในขณะเดียวกันสแตนก็ตัดสินใจที่จะสร้างบอลลูนลมร้อนสำหรับเทศกาลดนตรี Woodstick

Northwests จ้าง Dipper เพื่อจัดการกับผีที่ขู่ว่าจะทำลายปาร์ตี้ของพวกเขา แต่ในไม่ช้า Dipper ก็ค้นพบความลับของ Northwests จากผีตนนั้น ในระหว่างงานปาร์ตี้ Candy, Grenda และ Mabel ต่อสู้กับเด็กผู้ชายที่พวกเขาทุกคนต้องการเดท

หลังจากที่เจ้าหน้าที่ของรัฐควบคุมตัวสแตนไดปเปอร์และเมเบลเริ่มตั้งคำถามว่าพวกเขารู้เรื่อง Grunkle มากแค่ไหนและต้องหาเหตุผลว่าพวกเขาเชื่อใจเขาอีกต่อไปแล้วหรือไม่ ในที่สุดพอร์ทัลก็เปิดใช้งานและผู้เขียนวารสารถูกเปิดเผยว่าเป็นพี่ชายที่หายไปนานของสแตนซึ่งโผล่ออกมาจากพอร์ทัลในขณะที่ Dipper, Mabel, Soos และ Grunkle Stan มองดู

สแตนต้องเปิดเผยอดีตของเขาให้ดิปเปอร์และเมเบลพร้อมกับความลับของพี่ชายฝาแฝดของเขาสแตนฟอร์ด "ฟอร์ด" ไพน์ ชื่อจริงของ Stan คือ Stanley Pines เมื่อสามสิบปีก่อนฟอร์ดได้สร้างพอร์ทัลขึ้นมา แต่ถูกขังอยู่ข้างในเนื่องจากเกิดอุบัติเหตุกับ Stanley ซึ่งเป็นพี่ชายนักต้มตุ๋นที่ห่างเหินของเขา สแตนลีย์สันนิษฐานว่าพี่ชายของเขาระบุว่าเป็น "สแตนฟอร์ดไพน์" และใช้เวลาอีกสามสิบปีต่อมาในการพยายามแก้ไขพอร์ทัลเพื่อให้ฟอร์ดกลับคืนมา ในที่สุดเขาก็สามารถเปิดใช้งานพอร์ทัลได้อีกครั้งหลังจากเด็ก ๆ ค้นพบวารสารที่หายไปของฟอร์ด ในท้ายที่สุดเจ้าหน้าที่ก็จากไปหลังจากลบความทรงจำและสแตนฟอร์ดตัดสินใจที่จะอาศัยอยู่ในห้องทดลองใต้ดินใต้กระท่อมลึกลับ Grunkle Stan ให้สัญญากับเขาว่าเขาจะปล่อยให้เด็ก ๆ อยู่คนเดียวหลังจากได้รับแจ้งว่าเขาจะต้องออกจาก Mystery Shack เมื่อสิ้นสุดฤดูร้อน

Dipper พบเกมกระดานที่เขาชื่นชอบชื่อว่า "Dungeons, Dungeons, and More Dungeons" และลุงผู้ยิ่งใหญ่ Ford ก็มาร่วมงานกับเขา เมื่อ Grunkle Stan หมุนลูกเต๋า Infinity-Sided Dice ของฟอร์ดโดยบังเอิญตัวละครจากเกมก็มีชีวิตขึ้นมาและจับตัว Dipper และ Ford ในขณะเดียวกัน Mabel, Grunkle Stan และ Grenda ก็พยายามดูตอนจบของฤดูกาลDucktective

เมื่อสแตนตัดสินใจลงสมัครชิงตำแหน่งนายกเทศมนตรีดิปเปอร์และเมเบลต้องทำให้เขาเป็นผู้สมัครที่ดีขึ้นเพื่อเพิ่มโอกาส

เมเบลและผองเพื่อนทำภารกิจสุดมหัศจรรย์เพื่อหาขนยูนิคอร์นเพื่อปกป้อง Mystery Shack จาก Bill Cipher ในขณะเดียวกัน Dipper พบว่า Bill และ Ford เคยเป็นหุ้นส่วนและออกแบบพอร์ทัลร่วมกัน อย่างไรก็ตามบิลหลอกเขาตลอดเวลาฟอร์ดจึงต้องปิดพอร์ทัล บิลรอการเปิดใช้งานอีกครั้งนับตั้งแต่นั้นมาและเมื่อเขาได้รับมือกับรอยแยกระหว่างมิติที่สร้างขึ้นโดยพอร์ทัลก็จะหมายถึงจุดจบของโลก

สแตนพาเด็ก ๆ เดินทางไปตามถนนเพื่อทำลายกับดักนักท่องเที่ยวอื่น ๆ ในโอเรกอน ในขณะเดียวกันสแตนพยายามช่วย Dipper เอาชนะเวนดี้

Mabel ตัดสินใจวางแผนงานเลี้ยงวันเกิดปีที่ 13 ของเธอและ Dipper ในขณะเดียวกันฟอร์ดเปิดเผยความลับที่น่าประหลาดใจที่สุดแก่ Dipper นั่นคือยูเอฟโอขนาดยักษ์ซึ่งตามข้อมูลของฟอร์ดชนเมื่อหลายล้านปีก่อนและถูกฝังอยู่ใต้เมือง การใช้ชิ้นส่วนของเทคโนโลยีมนุษย์ต่างดาวนี้ทำให้ฟอร์ดสามารถสร้างพอร์ทัลมิติได้ Bill Cipher หลอกให้ Mabel มอบรอยแยกระหว่างมิติให้กับเขาซึ่งจากนั้น Bill ก็ใช้เพื่อเข้าสู่โลกทางกายภาพและเปิดประตูจากมิติของเขาเอง วันสิ้นโลกเริ่มต้นขึ้น

การต่อสู้ขั้นสุดยอดเพื่อชะตากรรมของโลกเริ่มต้นขึ้นเมื่อ Bill Cipher และ "ผองเพื่อน" ของเขาถูกปลดปล่อยจากมิติของพวกเขา ในขณะเดียวกัน Dipper และ Wendy พยายามช่วย Mabel จากฟองคุกที่ออกแบบโดย Bill และได้รับการปกป้องโดย Gideon

Dipper, Soos และ Wendy เข้าไปในฟองสบู่ของ Mabel เพื่อช่วยเธอและค้นพบโลกที่แปลกประหลาดภายในนั้น ในขณะเดียวกันบิลและเพื่อน ๆ พยายามเริ่มแผนแม่บทระยะที่สอง

ดิปเปอร์และเมเบลรวมตัวกันในเมืองเพื่อต่อสู้กับบิลไซเฟอร์และสมุนของเขาในการยืนหยัดครั้งสุดท้ายเพื่อช่วยโลกจากการทำลายล้าง