科学や数学、そして何よりも謎解きが大好きな12歳の少年。双子の姉メイベルと共に、夏休みをオレゴン州グラビティフォールズで過ごすことになる。初日に、表紙に金色の6本指の手と「3」という数字が書かれた日誌を見つける。彼の使命はその著者を突き止めることだったが、実は大叔父のフォードが著者であることが判明する。時折ぎこちなく不安げな様子を見せることもあるが、基本的には真面目な性格。子供っぽく見られることを嫌い、一人前の大人として扱われたいと願っている。秘密こそが最大の敵であり、解明するためなら手段を選ばない。茶髪で、額にある北斗七星の形をしたあざ（あだ名「ディッパー」の由来）を隠すために、松の木が描かれた青と白の帽子を被っている。

ディッパーの双子の姉である12歳の少女。エネルギッシュで面白く、親切で楽観的。自分で編んだセーターをたくさん持っており、よったんという名前のブタをペットとして飼っている。男の子、工作、ステッカー、そして可愛くてキラキラしたものやカラフルなものが大好き。ディッパーとは対照的に、答えが分からないことがあっても気にしない。あまり真面目には見えないが、彼女なりの方法で町の謎解きを手伝う。時折衝動的で、深く考えずに行動することもあるが、悪気はない。夏の思い出を詰め込んだ大きなキラキラのスクラップブックを持っている。グラビティフォールズに来た初日に手に入れたグラップリングフックを大切に持っている。茶髪にピンクのカチューシャ、矯正器具をつけており、自作のセーターとそれに合わせたスカートを履いている。

ディッパーとメイベルの大叔父で、自宅兼観光客向けの罠である「ミステリーシャック」を経営している。一見すると金に汚く、利己的で無作法に見える。金への執着は本物だが、根は深く複雑な感情を抱えており、未解決の悩みを多く持っている。双子のことを心から大切に思っており、メイベルを「お嬢ちゃん」と呼ぶこともある。しばしば金を稼ぐために詐欺や違法な計画を企てる。この習慣は、兄の科学実験を誤って壊してしまい、父親に家を追い出された思春期から始まったものと思われる。自信満々に振る舞っているが、自己評価は低い。30年前の事件のせいで兄弟のスタンフォードとは頻繁に喧嘩をするが、それでも互いに愛し合っている。短い白髪を赤いフェズ帽で隠している。接客時は黒いスーツに赤いネクタイ、茶色の靴、眼鏡を着用している。

スタンの双子の兄であり、異常現象を研究する科学者。ディッパーが発見した、グラビティフォールズの秘密や謎について記された3冊の日誌の著者。生まれつきIQが非常に高く、両手に6本の指を持つ多指症である。自ら作ったポータルのせいで30年間異次元に閉じ込められていたため、現代の知識には疎い。地下の研究所にこもって仕事に没頭しがちである。家族や、喧嘩の絶えないスタンに対しても愛情を持っている。対人関係はあまり得意ではなく、引き際が分からなかったり、傲慢で自己中心的に見えたりすることもある。「ビル・サイファー」とはかつてパートナーだった過去があるが、ビルに利用されポータルを作らされたことを深く後悔している。白髪で、薄茶色の白衣、赤いタートルネック、眼鏡、黒いズボンに汚れたブーツを履いている。

ミステリーシャックの便利屋。面白くて不器用で、誰からも愛される性格。ビデオゲームとスナック菓子が大好き。話し言葉に「～っす」や「相棒」といったニュアンスを混ぜることが多い。ボスのスタンを心から尊敬しており、父親のような存在だと思っている。茶色の帽子、うっすら生えた髭、大柄な体格で、クエスチョンマークが描かれた濃いティール色のシャツとタンカラーのズボンを履いている。メキシコ系で、祖母の家で一緒に暮らしている。

ミステリーシャックのレジ係を務めるクールな少女。15歳で、常にリラックスしているように見える。父親が木こりであるため彼女も木こりの技術を持っており、同じ道を志す3人の弟がいる。赤毛で、ウシャンカ（ロシア帽）を被り、白いインナーの上に緑のネルシャツを羽織り、ジーンズと汚れたブーツを履いている。

第2次元から来た、1兆歳を超える三角形の夢の悪魔。良心の呵責が全くなく、ただ退屈しのぎという理由だけで自身の力を使って混沌とした予測不能な行動をとる。非常に短気で、怒らせた者には全知全能の力を振るう。奇妙なもの、不気味なもの、嫌悪感を抱かせるもの、あるいは純粋に不穏なものをこよなく愛し、それを楽しんでいる。突飛で混沌とした振る舞いの裏で、かつて自分の故郷の次元と住民を焼き尽くしたことに対する生存者の罪悪感を隠している。黒いシルクハットと蝶ネクタイ、黒い手足を持ち、体は黄色い三角形である。