Los personajes de la serie son únicos y divertidos. Dipper, el hermano mayor, es un adolescente serio y racional que intenta descubrir la verdad detrás de los misterios de Gravity Falls. Mabel, por otro lado, es una joven optimista y entusiasta que ama la aventura y lo desconocido. Su tío Grunkle es un hombre gruñón y excéntrico que guarda secretos propios.