Jusqu'à la fin du Moyen Age (vers 1500), le minerai était transformé dans un bas fourneau. Le fer n'était pas produit sous forme liquide, mais sortait du fourneau sous la forme d'un amas pâteux, nommé éponge. C'était du fer à peu près pur, avec un minimum de carbone (moins de 2%). Par contre l'éponge récupérée ne pouvait être directement utilisée. Elle comprenait des restes de charbon et de scories, et des vides gazeux. Tout cela devait encore être épuré par martelage (raffinage).

On trouve dans le Jura divers genres de fourneaux. La cuve a un diamètre de moins d'un mètre. Elle peut avoir la forme d'une poire allongée ou d'un cylindre plus ou moins incliné. Les parois de la cuve sont formées d'un mélange d'argile et de sable garantissant une bonne isolation. L'armature est formée de pierres calcaires. La hauteur peut varier de 1.5 à 2.5 mètres. Tout l'appareil est recouvert de terre végétale, ce qui renforce l'isolation et la protection contre les intempéries.

Au bas du fourneau est aménagée une porte, fermée pendant le fonctionnement. Elle est démolie à la fin d'une opération pour l'évacuation de l'éponge de fer et des scories.

Le bas fourneau travaille en opérations individuelles. Après chaque opération, le fourneau est vidé et contrôlé pour l'opération suivante.

L'air est introduit au bas du fourneau par une ou plusieurs tuyères dans la paroi, parfois directement par la porte. Le minerai et le charbon de bois sont introduits en charges successives par le gueulard. La réduction se fait au fur et à mesure de la descente du minerai à l'intérieur de la cuve, à des températures de plus en plus élevées. La pulsion de l'air se fait soit par des soufflets soit par tirage naturel, selon le type de fourneau.

Le fer réduit est transformé en particules qui s'agglomèrent aux abords de la tuyère, où la température est la plus élevée. Chaque opération dure plusieurs heures, et à la fin de l'opération on retire l'éponge. Les impuretés sont évacuées sous forme de scories. On distingue les scories piégées qui restent à l'intérieur du fourneau et les scories coulées, qui peuvent s'écouler par la porte durant l'opération.