Tras tres años de ausencia, Dipper y Mabel Pines regresan a Gravity Falls, un misterioso pueblo situado en el estado de Oregón que se caracteriza por sus multiples anomalias y potenciales peligros, reencontrandose de nueva cuenta con sus viejos amigos, quienes se encuentran muy felices ante su regreso, sobretodo una persona emocionada de volver a ver a uno de los gemelos.
Sin embargo, un viejo y poderoso enemigo, quien se creia muerto, regresa en busca de venganza, poniendo nuevamente en peligro el verano de los Pines.