Barbegal est d’abord une prouesse d’ingénieur. Le canal, détourné de l’aqueduc d’Arles, se divisait en deux bras à l’arrivée sur la colline, et chacun alimentait huit chutes d’eau. Chaque chute faisait tourner une roue à augets, reliée à une meule. Les huit moulins d’une série se succédaient en pente, séparés de l’autre par un escalier central. L’ensemble mesure 61 mètres de long sur 20 de large, et passe pour la meunerie romaine la mieux préservée.
Les ordres de grandeur donnent la mesure de l’ensemble. On évalue le débit de l’aqueduc à une fourchette de 240 à 1 000 litres par seconde, pour un dénivelé exploité d’environ 18 mètres. La puissance brute atteindrait de l’ordre de 50 kilowatts, soit près de 3 kilowatts par moulin. Le rendement pouvait atteindre 4,5 tonnes de farine quotidiennes, de quoi nourrir les quelque 12 500 habitants d’Arles à cette époque.
La destination de cette farine a fait débat. Fernand Benoit y voyait une affaire d’État, tournée vers les besoins des armées et l’exportation, mais les fouilles des années 1990 ont infirmé cette idée. Une étude de 2018, fondée sur les dépôts calcaires laissés sur les roues, suggère plutôt que la farine servait à fabriquer du pain pour les navires. Le propriétaire était sans doute celui de la villa proche de la Mérindole.