取决于轨道的数量和交通的特点，控制列车在轨道上的运动有很多方法。目标是遵照出发点和目的地之间的预期时间表，首先考虑安全性来运行列车。
行车命令和时刻表用于每天仅仅少数列车运行通过线路的地方。在使用这种列车控制方法的地方，按照联邦铁路管理局(FRA)规定客运列车速度限于59mi/h而货运列车速度限于49mi/h。
人工区段系统提供了一个更安全的运转。驻扎在轨道区段之间的操作员不允许列车进入下一个区段直至在区段另一端的操作员通知下一区段畅通。尽管安全，这种方法给出了低线路通过能力、缓慢的时间表以及用于线路所值班员的高额费用。使用人工闭塞系统，FRA指令允许速度高达79mi/h。
自动区段信号系统为轨道的连续区段提供了由两端的隔离铁路接点进行电力隔断。除非钢轨是连续焊接的，钢轨接续线用于每个螺栓钢轨接头处以确保电路在钢轨末端的连续性。对于每个区段及邻接区段，三位置信号方式连接到电路中。很多不同类型的信号方式得以使用。普通的信号方式是，绿灯向接近的列车显示前方的两个区段是畅通的，黄灯表示前方的第二个区段被占用，红灯显示前方的下一个区段被占用。区段的长度不应当少于对于列车速度所需的常用制动距离，经常使用1mi的区段长度。速度达79mi/h是容许的。
自动列车控制由位于每个区段线路前面的线路感应器提供，机车接收器通过其上。接收器安装在机车轴颈箱上，与线路感应器有1.5in的间隙。提供了一个电路使得当机车传递限制性信号时，火车司机必须通过起动电流接触器确认已知，否则，将自动应用列车制动。使用这个系统，列车速度不受FRA79mi/h指令的限制。
编码的控制具有使用一对线路导线从前方区段传递信号而不是为此目的需要很多线路导线的优点。直流电电压的中断用于不同的信号表示中。例如，在单向运行轨道上，每分钟180次中断操纵“前进”信号;“接近中速”，120次;“接近”，75次;“限制”，无编码。另外的信号可以通过反极性组合来传递。
编码的控制的另一个优点是遵循编码的轨道继电器必须识别每个脉冲。因此，列车分路仅仅需要足以在继电器处降低轨道电流至低于始动值，而不是低于遗失值。这准许使用更高的轨道电压，并且对于给定的道床阻力条件，轨道电路可以做成两倍长。
连续式机车自动信号通过对轨道电路使用交流电而非直流电并且在机车上前导轮之前放置感应接收器来提供。从而，穿过钢轨的信号通过接收器传递以在机车司机室给出信号。信号方式中的任何变化都是立即可见的，无论路旁信号是否在火车司机能看到的地方。使用这个系统，路旁信号实际上是不需要的。编码的控制可以通过与直流电相同的方式中断交流电电压与这个系统一起使用。使用连续式机车自动信号，列车速度可以超过79mi/h。
在平交道口和一些道岔处通常提供联锁。在没有联锁的交叉处，每列列车必须首先停在交叉处，然后如果交叉是畅通的就继续。
由信号员操作的机械集中联锁允许对把通行权给一列列车，而保持轨道上任意其他列车处于交叉中。信号方式由控制杆和长的管联接器来运转，与每条轨道上的脱轨一样。
电气集中联锁允许操作员开动信号方式并进行电力脱轨。操作员也可以通过电动控制为渡线或铁路支线开锁并转动转辙器。转辙器由电气电动的或电动转辙机转动。设置了安全装置以防止操作员调整信号、脱轨和操作转辙器，除非为这些操作而腾出轨道。
对于包含很多轨道和列车运动的复杂交叉，使用进路集中联锁。操作员有必要在列车将进入联锁处按下按钮并在列车将离开处按下另一个按钮，然后最佳可用的路线将自动地被选择并为列车排列起来。在简单的交叉处，通过联锁的列车运动可以由一个电信号系统自动控制。
为了避免在同一条轨道上行驶在相对方向的列车的冲突，重叠和绝对容许区段信号是必需的。使用仅为前方两个区段给出指示的自动区段信号，对向列车可能同时传递一个进行信号并发现在停止处的下一个信号，但是不能及时地完成这些。这种情形可以通过重叠前面的区段来防止，因此停止示象在列车前面多于一个的区段内显示。使用绝对容许闭塞系统，继电器可以用于预先扩展区段，但是为后续的列车提供正常区段表示，因此加速它们的运动。在对向列车运行在与绝对容许区段相同的轨道上时，区段控制预先扩展到足够远以包括一条错车道或渡线，因此列车可以通过。
集中交通控制(CTC)由FRA正式指定为“交通控制系统”。它定义为“在其下，列车运行由区段信号批准、区段信号的指示取代关于同一轨道上对向和后续运动的列车运行优先权的区段系统”。
使用CTC，操作员指引所有列车以及通常所有转辙器的运动，并且轨道上的脱轨在他或她的控制之下。对于低交通密度路线，有时转辙器由乘务员依照转辙器处的信号显示手动转动。仪表板向操作员显示了铁路线原理图，所有的道岔被标志且显示了道岔处的信号方式。光源识别了所有的列车。在错车道末端的信号和转辙器布置为路线类型的联锁。自动区段信号装置控制错车道之间的运动。仅仅使用沿着轨道的两条线路导线和用于发射代码数据的不同频率，对于一个操作员控制几百英里铁路线上的列车运动是可能的。实际的操作在操作员面前的一个小控制板上执行，操作员仅仅按下按钮或旋转小开关以发出引导信号。确认由操作被实施后自动发回的信号显示在仪表板上。
列车自动运行是通过计算机指令完成行程安排和列车运转的能力，包括起动和制动、开关车门，等等。理论上，不需要列车员。实际上，如果客运列车在每列列车上拥有一个列车员通常认为是需要的，在紧急事件中他可以接管列车并用手动操作代替自动操作。对于手动代替，自动区段信号或连续式机车自动信号是必需的。而且，列车员的存在可以给予旅客安全感。
在控制中心，一台或更多计算机按照预定计划控制每列列车的运行，但是也能够按照可能发生延迟的需要自动改变运行。提供一个或更多“调度员”来观察显示所有列车位置的控制板，以在紧急事件中采用手动操作。经验表明，列车自动运行比用手动操作使列车在较短的时间内通过路线并对乘客有更好的舒适性。
用于保证最大性能的列车控制系统和规程已经变得如此完善，所以对于任意给定条件的系统选择和设计，应当咨询这个领域的专家。
平面交叉警告是列车运行中一项重要的信号功能。可以使用区段信号轨道电路来自动开启闪光灯或交叉口栅门以警告在公路平面交叉处接近列车的车辆。在两条或更多轨道行程的交叉处，交叉口栅门是有优势的，因为驾车者在列车通过之后将驶上交叉而不等待以察看在另一条轨道上的列车是否可能接近。
已经研制了声频重叠电路以启动平面交叉保护而不需要隔离铁路接点。
滑动栅栏经常用在坠落岩石阻碍轨道的地方。这些栅栏由在一端的弹簧张力拉紧。岩石在栅栏上任意点的压力将引起末端的移动，使电路中断，造成控制继电器断电，将区段信号调整为停止状态。
路旁检测器的另外类型包括寻找断裂车轮、高幅荷载、拖滞设备和过热轴承(“热轴”)的检测器。高幅荷载检测器使用电线或雷达类型的组件来拾取任何可能超过隧道或下承式桁架桥的容许裕度或额外大小的荷载。拖挂设备检测器使用放置在钢轨内侧和外侧的板材，依赖它与可能悬挂在正常设备间隙下面的任何东西的直接接触。热轴检测器使用热敏设备，以将通过车厢和机车轴承的热量与预定的限制相对比。现在这些检测器中的很多装备有无线电警告信息，传递给调度员和列车工程师。
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