Luz, en självsäker mänsklig tonårstjej, råkar vandra igenom en portal till en magisk ny värld där hon träffar den rebelliska häxan Eda och en gullig liten krigare, King. Trots att hon själv inte kan magi, följer Luz sina drömmar att bli en häxa genom att bli Edas lärling i Ugglehuset och hittar en ny familj i en märklig miljö.

De 12-åriga tvillingsyskonen Mabel och Mason "Dipper" Pines, skickas iväg av sina föräldrar till deras farfars bror Stan i staden Gravity Falls i Oregon. "Grunkle" ("great uncle"; "gammel-farbror") Stan bor i och driver The Mystery Shack, en turistfälla som ger besökarna en inblick i världens mest bisarra museum. Dipper och Mabel förstår att det är något mycket märkligt som pågår och att de måste förlita sig på varann i denna främmande stad.