Bộ phim kể về những cuộc phiêu lưu của hai anh em sinh đôi Dipper và Mabel Pines (12 tuổi) đến từ Piedmont, bang California, khi bố mẹ cho họ đến chơi ở Lều Bí ẩn với ông bác Stanley Pines (trước đây là nhà của Stanford Pines, bác của Dipper và Mabel và là anh sinh đôi bị thất lạc của Stanley) ở thị trấn Gravity Falls,bang Oregon vào kỳ nghỉ hè năm 2012. Ông bác Stanley sống và làm việc tại Lều Bí Ẩn, một cái bẫy du lịch nơi thu phí cho cái nhìn tại bảo tàng kỳ lạ nhất thế giới này. Dipper tìm thấy quyển nhật ký số 3 (Stanford viết) và sử dụng nó để khám phá thị trấn, khi ở đây, Dipper và Mabel làm bạn với Wendy Corduroy - cô nhân viên thu ngân của cửa hàng, Soos Remirez - anh nhân viên làm không công và cũng là giúp việc của Stan, Candy Chiu và Grenda, những cô bạn Mabel làm quen trong bữa tiệc do Stan tổ chức. Dipper và Mabel nhận ra thật sự là có những điều kỳ lạ xảy ra trong thị trấn này và họ phải dựa vào nhau để sống trong thị trấn không quen thuộc ấy.