從鐵路行車的第一天起，保證行車安全就成為首要問題。火車只能在固定的軌道上跑，如果在同一位置同時出現"第二者"，后果不堪設想。

火車是在英國發明的，最早的列車是由一位帶紳士禮帽、穿黑大衣和白褲子的鐵路員工騎馬在前引導運行的。他邊跑邊以各種手勢發出信號，就像現在的交警指揮汽車一樣。當然這只能是在白天行車，每小時才走10公里。后來發明了用長方形板子作信號，橫向是停車，順向為行進。夜間則以燈光顯示，紅燈停，白燈行。1841年英國人古利高里發明了長方形的臂板式信號機，它安裝在一個高柱子上，以臂板放水平位表示停車，向下傾斜45°表示行進。夜間仍用紅、白燈作信號表示停或行，由于白燈易與住家燈光混淆，后改為綠燈，后來還增加了黃燈表示注意或減速。這樣的信號機一直沿用下來，不過臂板的個數、形狀、顏色、顯示方法都有了改進。操縱方式由人站在機柱下扳動，改為將導線連到值班房進行操縱，減輕了工人勞動強度，也提高了效率。

　　美國羅賓遜博士于1872年發明了軌道電路，他第一次實現了列車自動控制信號的顯示。現代鐵路用自動信號設備在車站間設幾個閉塞分區，每個分區間隔1．5～2公里。入口處設閉塞信號機，顯示綠燈時，確定前方有兩個閉塞分區空閑，列車可按允許速度運行；黃燈說明前方只有一個閉塞分區空閑，提醒司機注意隨時可能出現紅燈。這樣，兩個車站間可以同時運行兩三列火車，既保障了行車安全，又提高了線路使用率。

　　地形、氣候會給司機造成了望障礙，于是機車自動信號應運而生。司機室里安放了一架與地面顯示完全相同的小信號機，給列車加了個雙保險。萬一列車闖紅燈，自動停車裝置會拉響警笛并緊急剎車。

　　在鐵路和公路交叉的道口上，有道口自動信號機來報警護行，當列車駛過時，兩個紅燈交替閃光，電鈴鳴響，欄木上三個信號燈亮起，接著欄木自動放下，直到列車駛過才升起。

　　鐵路信號還有旗、牌、標志、火炬等視覺信號，以及號角、口笛、鳴笛、響墩等聽覺信號。比如在線路中間豎塊紅色方牌表示此段正施工，列車不得駛入。線路若遇到災害或事故，可在左側鋼軌上隔20米放響墩，發出爆炸聲，要求緊急停車。

　　手信號靠旗子或燈（白天用旗，晚上用燈）或徒手按規定方式顯示發車、減速、通過、引導等信號。如兩車相會時，右手高舉攏起的旗子，表示鄰線車安全，這是打招呼，也是互檢信號。機車鳴笛也構成一種信號，如火車發出一長聲三短聲表示列車發生危險，需要救援。鐵路信號的顏色除了基本的紅黃綠外，還有月白、藍、紫、白作為輔助色，以滿足不同的需要。

　　新中國成立50年來，鐵路信號設施有了很大的改進和發展，現僅京九鐵路的信號設施已達到18種，像李玉和僅靠手中的一盞紅燈指揮列車行進早已成為歷史了。