C'est les vacances d'été, les jumeaux Pines, Dipper et Mabel, sont contraints d'allés passer 3 mois chez leur grand oncle Stan qui tient une boutique des mystères, remplie de bizarreries et d'arnaques, à Gravity Falls, une petite ville située dans l’Oregon. Cependant, Dipper remarque qu'il y a de plus en plus de choses étranges à Gravity Falls et trouve même un vieux journal avec inscrit à l'intérieur, tous les monstres et mystères de la ville. Tandis que Dipper observe ce mystérieux livre, sa sœur, Mabel, profite de ses vacances pour se trouver son amour d'été et qui, une fois trouvé, sera soupçonné par Dipper d'être un zombie, soupçon qui grandira petit à petit...

C'est la fête des familles et oncle Stan compte bien passer la journée avec ses deux filleuls à la pêche, une envie non partagé par les jumeaux... Tout sera basculé lorsqu'un soit disant monstre nommé le Gloutosaure aura été aperçu par le fou de la ville, le vieux McGucket, ce qui intéressera bien plus Dipper et Mabel qui partiront à la chasse au monstre accompagnés de Mousse pour obtenir la récompense d'un magazine, laissant oncle Stan seul derrière...

Mabel et Dipper découvrent un musée de cire caché dans la cave d'Oncle Stan. Celui-ci y voit immédiatement l'opportunité de faire des affaires et relance le musée. Mabel se découvre des dons de sculpteur et crée une statue de cire d'Oncle Stan mais un drame viens se produire....

Mabel Dipper et Soos se rende à l'interprétation du Ptit Gidéon un enfant médium qui se vante de lire dans les pensées Mabel est survoltée contrairement à son frère qui est plutôt sceptique mais le Ptit Gidéon n'est pas aussi angélique qu'il n'y paraît et qui plus est il tombe amoureux de Mabel qui ne peut pas lui refuser un rendez vous galant.

Mabel, Dipper, Wendy et leurs amis décident d'explorer une supérette abandonnée. Ils vont s'y retrouver piégés car l'endroit est hanté par les fantômes des deux anciens propriétaires qui n'ont jamais supporté les adolescents...

Lorsque Dipper réalise un très mauvais score à un jeu qui mesure la virilité, il se sent complexé et va à la rencontre des mi-homme-taures, un groupe de créatures très viriles qui vivent dans une caverne d'homme...

Alors qu'il fait des photocopies des affiches pour la soirée dansante qu'Oncle Stan organise, Dipper découvre que la photocopieuse peut reproduire les êtres humains. Dipper veut impressionner Wendy pendant la soirée...

Lorsque Pacifica se moque d'elle, Mabel se sent complexée d'être aussi idiote. Cependant, son idiotie leur permet, à elle et Dipper, de lever le voile sur le mystère du véritable fondateur de Gravity Falls...

Stan organise une fête foraine du mystère. Dipper essaye d'impresssionner Wendy mais à chaque fois, c'est Robbie qui y parvient. Heureusement, Dipper rencontre un voyageur du temps et lui dérobe sa technologie. Il voyage dans le passé...

Alors qu'ils jouent dans une salle de jeux vidéo, Robbie force Dipper à s'éloigner de Wendy pour lui montrer qu'il a l'avantage. Furieux, Dipper découvre alors, comme par miracle, qu'il peut matérialiser un guerrier de l'un des jeux vidéo...

Dipper n'a pas envie de faire du porte à porte pour réclamer des friandises, mais il n'a pas le choix lorsque le monstre d'Hallowété le menace de le manger, lui ainsi que Mabel, si les jumeaux ne lui rapportent pas assez de friandises...

Mabel reproche à oncle Stan d'être un patron trop sévère. Elle parie qu'elle pourrait faire plus de bénéfices que lui si elle prenait sa place. Stan la prend au mot, et la laisse aux commandes du musée...

Stan, Dipper, Mabel et Mousse se débarrassent de tout ce dont ils ne veulent plus dans un puits sans fond, lorsqu'ils sont soudainement pris dans une grosse tempête. Alors que Dipper demande à tout le monde de s'abriter, Stan continue à jeter des objets. En voulant l'emmener, tous tombent dans le trou...

Lorsqu'une vague de chaleur s'abat sur Gravity Falls, Dipper, Mabel, Stan et Mousse décident d'aller se rafraîchir à la piscine. Dipper découvre que Wendy y travaille comme maître-nageuse, et s'arrange alors pour devenir son assistant...

La cohabitation entre Mabel et Dipper se passait bien mais Dipper ne supporte plus les copines de sa soeur et leurs bruyantes soirées pyjamas...

Mabel et ses amies vont voir un boys band en concert et découvrent que le groupe est composé d'humanoïdes contrôlés par un homme d'affaires très riche. Mabel les aide à s'échapper, mais ensuite, elle a du mal à les laisser partir...

Mabel charge son oncle Stan de surveiller son petit cochon Dandinou pendant qu'elle s'absente. Bien entendu, oncle Stan relâche sa surveillance et l'animal est enlevé par un mystérieux ptérodactyle..

Déterminé à ouvrir le coffre-fort de Stan pour voler l'acte de propriété du Mystery Shack, Gidéon invoque Bill Crypto, une créature démoniaque, pour l'aider. Dipper, Mabel et Mousse suivent Bill dans l'esprit de Stan...

Avec l'acte de propriété du Mystery Shack entre ses mains, Gidéon annonce qu'il souhaite le remplacer par le parc Gidéonland...