Pendant près d'un siècle, au XXe siècle, ce monument fut désigné comme un péage. En 1975, la Direction Régionale des Affaires Culturelles (DRAC) le classe Monument Historique.
Mais, en 2001, deux chercheurs nantais rattachés à la DRAC (MM. Cussonneau et Courant) avancent une nouvelle thèse sur l'origine de l'édifice.
Leurs études indiquent que ces deux arches ogivales du XIIIe siècle abritaient en fait un moulin pendu : des roues à aube descendaient sous les deux arches.
Facilement manœuvrables pour suivre les niveaux de la Loire, ces roues entraînaient les meules situées sur le dessus de l'ouvrage. Une pièce protégeait les mécanismes du moulin, une autre servait d'entrepôt pour le blé et la farine, une autre enfin servait de lieu d'habitation.
Lors de la dernière restauration, des restes vraisemblables d'un four à pain ont été retrouvés.
Les recherches montrent que la structure de l'ouvrage de Champtoceaux est similaire à celle de moulins construits entre 1210 et 1235 à la Treille à Angers, et aux 22 moulins des Ponts-de-Cé édifiés autour de 1293 et démolis ensuite.
Il reste indéniable qu'il y avait bien un péage à Champtoceaux, depuis le VIIe siècle, seigneurial ou royal selon les époques. Comment se faisait alors la perception des taxes ? Une digue de pieux coupait la Loire de la pile nord-est du bâtiment jusqu'à proximité de l'Ile Neuve.
Un passage au milieu, appelé " porte marinière ", permettait de canaliser les bateaux, contrôler les marchandises et faire acquitter les droits de péage.
Il semble peu vraisemblable que les bateaux soient passés sous les arches au plus fort du courant. Ce péage fluvial a donc coexisté avec un moulin pendu, sans lien avec la perception des taxes diverses. C'est ce dernier qui aurait donné son nom au lieu-dit le "Cul-du-Moulin".
