Les eaux sorties du filtre vertical sont dirigées par un tuyau d'écoulement vers l'amont du filtre horizontal et y circulent par gravité de l'amont vers l'aval. L’effluent est réparti sur toute la largeur et la hauteur du filtre par un système répartiteur situé à une extrémité du bassin; il s’écoule ensuite dans le sens horizontal au travers du substrat. Le niveau d’eau, réglé initialement lors de la mise en œuvre dans la boîte en aval du filtre par la hauteur du tuyau de sortie, est d’environ 10 cm sous la surface du substrat. Par conséquent, la couche inférieure du substrat est en permanence saturée en eau. Ainsi, des zones anaérobies (parties profondes du filtre) et aérobies (couches superficielles non inondées, rhizosphères) y sont simultanément en action. En passant au travers du filtre, les matières solides encore présentes dans les eaux sont retenues par le système racinaire des plantes, ce qui permet aux microorganismes du substrat de les dégrader efficacement. Les plantes absorbent les substances solubles et les accumulent dans leur biomasse. La dégradation microbienne et l’assimilation végétale sont ainsi plus complètes dans cette étape que dans le filtre vertical. Par ailleurs, les conditions anaérobies qui sont majoritairement présentes sont favorables à la dénitrification.