信号機は当初、それぞれに直接接続されたてこで制御されていた。後にてこは集約されてワイヤやリンク機構により制御するようになった。この信号てこは信号扱所と呼ばれる場所に集約されることが普通で、機械的な連動装置により開通している分岐器と矛盾する信号現示が行われることを防ぐ仕組みも用いられるようになった。後に自動信号が導入されると、軌道回路を設置して列車の在線を検知し、それによって自動的に信号現示を変化させるようになった。
車内信号方式.
車両によっては車内信号装置を備えている。この方式では、車上の装置にライトを点灯させて信号現示を示す。車内信号装置のみを使用している路線もあれば、路側信号機の補完として車内信号装置を使用しているところもある。車内信号装置は現在在線している閉塞区間の状況を表示する場合と、次の閉塞区間の状況を表示する場合がある。高速鉄道路線では特に車内信号方式が有効である。地上信号機のない区間では、閉塞区間の境界を示すために標識が設置されることがある。
歴史.
信号機の発明以前.
この方式では、先行列車がオフィサーの配置されている場所の中間に故障などで停車してしまうと、たとえ十分な時間間隔をおいて続行列車が進入してきたとしても追突の危険が発生する。本来は、次のオフィサーの配置位置を先行列車が通過したことを確認してから続行列車に対して進入を許可すべきであるが、電信や電話などの列車より高速に情報を伝達できる手段はまだ発明されていなかったため、このような方策が採られることになった。
信号機の発明.
アメリカでは、さらにこの信号機の動作状況を隣の駅から望遠鏡を使って監視し、電気通信によらずに先行列車の通過状況を確認して列車間隔を確保する方式に発展した。これは自動信号が登場する前の時点では画期的なアイデアであった。
腕木式信号機の登場.
当初は信号機は駅の停止位置に設置されているわけではなく、プラットホームの中央付近に信号柱を立てて、それに双方向の腕木を取り付けており、両腕信号機と呼ばれていた。機関士は隣接線路に支障しない位置であれば、任意の位置に列車を止めることができた。現在でも博物館明治村に両腕信号機が保存されている。
電信の利用.
自動信号機.