Рух на залізницях на початку побудови їх відбувалося з незначною швидкістю; точне дотримання встановленого розкладу в таких умовах було достатньо надійною гарантією безпеки руху. Проте вже на відкритті лінії Ліверпуль - Манчестер стався нещасний випадок, який змусив Джорджа Стефенсона замислитися над необхідністю застосування будь-яких сигналів, без яких неможливо говорити про безпеку залізничного руху. Один з членів парламенту, затятий прихильник споруди залізниці, вирішив обмінятися рукостисканням з герцогом Веллінгтоном, що сиділи у вагоні, і потрапив під колесо двинувшихся вагона. Локомотив у той час не подавав сигнали. За вказівкою Стефенсона були введені сигнали, які подавали сторожа: вдень - прапорцями, вночі - ручними ліхтарями. Машиністам видали ріжки, які в 1835 р. були замінені паровим свистком. З 1834 р. на лінії Ліверпуль - Манчестер були введені нерухомі сигнали. Спочатку це були дерев'яні стовпи, що повертаються на 90o з сигнальними дисками різної форми і кольору, які при поворотах стовпів зверталися до рухомого поїзду вузькою або широкою стороною. Широка сторона вимагала зупинки поїзда.
З винаходом у 1841 р. англійцем Грегорі семафора став можливий перехід від руху поїздів з розмежуванням часу до розмежування їх простором. Засобами зв'язку при русі поїздів служили телеграф і пізніше телефон.
Сигнальна кошик - один з перших сигналів
Великим кроком вперед у справі забезпечення безпеки руху поїздів було введення блокування, за допомогою якої шляхові семафори закривалися на час, поки на відповідній ділянці шляху знаходився поїзд. Першою практично задовільною системою блокування була система Тейер, що з'явилася в 1852 р. в Англії і застосована в 1868 р. в Росії. Надалі з'явився цілий ряд систем блокування (Годжонса, Лартінга, Сайкса та ін.)
В кінці 80-х років минулого століття англійськими інженерами Веббом і Томсоном були винайдені жезлові апарати для регулювання руху поїздів на одноколійних дорогах. З 1897 р. вони набули поширення на дорогах Росії.
Управління стрілками на відстані (тобто централізація стрілок) з'явилося вперше в Англії і потім в Німеччині (1860 - 1867 рр.).. Введення на російських залізницях систем централізації стрілок і сигналів відноситься до 1900 - 1905 рр.. Спочатку з'явилася гідравлічна система Біанкі і Серветаса і пізніше (в 1909 р.) була побудована перша в Росії електрична централізація системи Загальної компанії електрики.
Управління стрілками на відстані (тобто централізація стрілок) з'явилося вперше в Англії і потім в Німеччині (1860 - 1867 рр.).. Введення на російських залізницях систем централізації стрілок і сигналів відноситься до 1900 - 1905 рр.. Спочатку з'явилася гідравлічна система Біанкі і Серветаса і пізніше (в 1909 р.) була побудована перша в Росії електрична централізація системи Загальної компанії електрики.
Перша спроба пристрої автоматичного блокування мала місце у Франції в 1859 р. на залізниці Париж - Сен-Жермен. В якості блок-сигналу служив поворотний диск. Диск цей за допомогою тяг і важелів був пов'язаний з рухомою шиною, притиснутою до ходовому рейці. При проходженні поїзда реборди його коліс віджимали шину від рейки, це викликало закриття диска. У той же час піднімалося поршень встановленого у диска ртутного гальма, який і затримував диск у закритому положенні. Після закінчення певного часу (приблизно 6 хв) після проходу поїзда поршень, долаючи в'язкість ртуті, повертався на своє місце, і диск закривався. Подальші (з 1867 р.) досліди були пов'язані із застосуванням рейкових контактів і рейкових генераторів, тобто магнітоелектричних машин, що встановлюються у рейок і приводяться в дію потягами. У цьому напрямку цілком задовільних результатів домігся Галл в США. Його системи, названі "точковими", приблизно 20 років користувалися відомим успіхом, однак поширення не отримали. Одним із серйозних їх недоліків була можливість відкриття блок-семафора, коли блок-ділянка фактично зайнятий. Щоб позбутися такої небезпеки, був придуманий ряд систем з лічильниками осей: семафор відкривався лише в тому випадку, якщо по другій педалі при виході поїзда прослідувало стільки ж осей, скільки пройшло по першій педалі при вході.
Хоча деякі досліди в цьому напрямку і дали непогані результати, тим не менш точкові системи в кінцевому рахунку успіху не мали, бо з'явився більш досконалий і в той же час більш простий метод зв'язку поїзда з шляхом - рейкова ланцюг. У 1867 р. Вільям Робінзон запропонував використовувати ходові рейки в ролі провідників електричного струму і створив спеціальну конструкцію колійного приймача. У 1869 р. він розробив модель першого автоблокування, яка демонструвалася на виставці в Нью-Йорку. При наїзді поїзда рейкова ланцюг замикається його схилами, колійне реле притягує якір і сигнал закривається. Така рейкова ланцюг, що отримала назву нормально розімкнутої, мала ряд недоліків, основним з яких була відсутність контролю цілісності і справності рейкового кола. Після додаткового опрацювання Робінзон в 1872 р. запропонував більш досконалу нормально замкнуту рейковий ланцюг. Вона відразу отримала визнання, так як недоліки нормально розімкнутої рейкового кола в ній були усунені.
Відмінною особливістю її є те, що поїзні скати тут служать не з'єднувальним елементом, що замикає колійне реле, а шунтом ланцюга реле.
Впровадження рейкових кіл було пов'язане з великими труднощами. Верхню будову колії та скріплення рейкових стиків не були пристосовані для надійного проведення електричного струму, але В. Робінзону вдалося усунути цей недолік введенням стикових з'єднувачів і отримати таким чином рейкові ланцюги довжиною до 1,2 км.
При введенні електрифікації знадобилося вирішити протиріччя: з одного боку, створити безперервну електричний ланцюг для зворотних тягових струмів, з іншого - утворити на ній же ізольовану секцію для сигнальних струмів. У перший час воно вирішувалося пристроєм однорейкового ланцюга, при якій одна нитка рейок не ізолювалася і призначалася для тягового струму, а інша ізолювалася і призначалася для сигнального струму. Таке просте рішення виявилося не зовсім вдалим, тому що мало серйозні недоліки. І тільки в 1902 р., коли Страбль застосував для живлення рейкового кола змінний струм, завдання було остаточно вирішено. Досвід використання рейкових ланцюгів змінного струму виявився настільки вдалим, що послужив поштовхом до широкого поширення автоматичного блокування на електрифікованих залізницях. Особливо цьому розповсюдженню сприяв винахід Толленом дросельних стиків, які дали можливість влаштовувати на електрифікованих залізницях двохрейкові ланцюга.
З подальшим розвитком електрифікації, коли стали застосовувати як тяговий не постійний, а змінний струм, знову виникла проблема, так як тяговий струм застосовувався частотою 25 Гц, а сигнальний - 60 Гц. Винахідники Ховард і Тейлоран створили особливу частотне реле, використовуване як колійного приймача, яке замикала контакти тільки від впливу змінного струму частотою 60 Гц.
Честь винаходу електричного переведення стрілок (1887 - 1888 рр..) Належить французам - М. Депре, який для цієї мети застосував два потужних соленоїда, і братам Сарті, що скористався звичайним електродвигуном, обертальний рух якого перетворювалося в поступальний рух стрілочних вістряків. Перші двигуни були дуже громіздкі: при напрузі 60 В був необхідний струм до 25 А. Хоча стрілка переводилася за короткий проміжок часу (0,5 с), значна потужність двигуна в поєднанні з такою швидкістю перекладу призводила до швидкого виходу з ладу стрілки і рушійного механізму . У цій системі, як і в майже одночасно з'явилася англійською системою Вебба - Томсона, зміна напрямку обертання двигуна досягалося зміною напрямку струму в його якорі перемикачем, встановленим на посту. Такий спосіб вимагав для з'єднання двигуна з постом не менше чотирьох проводів, не рахуючи контрольних.
Одним з найбільш небезпечних елементів, які входили в загальну систему залізничної сигналізації, був чоловік, обслуговуючий сигналізацію або користується нею, з властивими його природі недоліками.
Ця обставина привела до необхідності в 80-х роках минулого століття введення в експлуатацію автостопов - приладів, що зупиняють поїзд при проході його повз або при наближенні до закритого семафора. Для цієї мети від повітропроводу пневматичного гальма робився відвід на дах паровоза.
На кінці відведення була скляна запаяна трубка або поворотний кран. З семафорні крилом або приводом був, з'єднаний важіль, який при відкритому семафорі розташовувався уздовж щогли, при закритому - ставав на шляху названої трубочки, яка розбивалася і з'єднувала повітропровід з атмосферою. Відбувалося гальмування.
При великих швидкостях руху поїздів таке примітивне рішення виявилося непрактичним, бо різка зупинка пасажирського поїзда могла викликати занепокоєння серед пасажирів, а у вантажного складу - спричинити за собою схід з рейок. Були створені авторегуліровочние системи, при яких швидкість поїзда автоматично знижувалася в певних місцях. Поїзд зупинявся, як правило, лише після попереднього зниження швидкості.
В даний час майже на всіх залізничних лініях з інтенсивним рухом потягів застосовують автоматичне блокування та автоматичну локомотивну сигналізацію (АЛС).