城市轨道交通信号系统通常由列车自动控制（Automatic Train Control，ATC）系统和车辆段/停车场信号控制系统两大部分组成。用于列车进路控制、列车间隔控制、调度指挥、信息管理、设备工况监测及维护管理，由此构成了一个高效的综合自动化系统。
　　　　　　　
　　　　　　　　

一、列车自动控制（ATC）系统

　　列车自动控制（ATC）系统包括列车自动防护（ATP）、列车自动运行（ATO）、列车自动监控（ATS）三个系统，简称“3A”。系统需设置行车控制中心，沿线各车站设计为区域性联锁，其设备放在控制站（一般为有岔站），列车上安装有车载控制设备。控制中心与控制站通过有线数据通信网连接，控制中心与列车之间可采用无线通信进行信息交换（当前车载信号系统多采用LTE进行无线通信）。ATC系统直接与列车运行相关，因此ATC系统中的数据传输要求比一般通信系统的安全性、可靠性、实时性更高。
　　1.ATP（Automatic Train Protection，列车自动防护）子系统
　　ATP子系统的功能是对列车运行进行超速防护，对与安全有关的设备实行监控，实现列车位置检测，保证列车间的安全间隔，保证列车在安全速度下运行。完成信号显示、故障报警、降级提示、列车参数和线路参数的输入，与ATS、ATO及车辆系统连接并进行信息交换。
　　ATP子系统不断将从地面获得的前行列车位置信息、线路信息、前方目标点的距离和允许速度信息通过轨道电路等传至车上，由车载设备测得实际运行速度，以此来对列车速度实行监督，使之始终在安全速度下运行，以缩短列车运行间隔，保证行车安全。
　　采用轨道电路传送ATP信息时，ATP子系统由设于控制站的轨旁单元、设于线路上各轨道电路分界点的调谐单元和车载ATP设备组成，并包括与ATS、ATO、联锁设备的接口设备。
　　2.ATO（Automatic Train Operation,列车自动运行）子系统
　　ATO子系统主要实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制，包括列车自动折返，根据控制中心的指令使列车按最佳工况正点、安全、平稳地运行，自动完成对列车的启动、牵引、惰行和制动，传送门和屏蔽门同步开关信号。
　　使用ATO后，可使列车尽可能处于最佳运行状态，避免不必要、过于剧烈的加速和减速，可以明显提高乘客的舒适度，提高列车的正点率，减少能量消耗和轮轨磨损。
　　3.ATS（Automatic Train Supervision，列车自动监督）子系统
　　ATS子系统主要是实现对列车运行的监督和控制，辅助调度人员对全线列车进行管理，其功能包括：调度区段内列车运行情况的集中监视与控制，检测进路控制、列车间隔控制设备的工作，按行车计划自动控制轨旁信号设备以接发列车，列车运行时迹的自动记录，时刻表自动生成、显示、修改和优化，运行数据统计及报表自动生成，设备运行状态监测，设备状态及调度员操作记录，运输计划管理等，还具有列车车次号自动传递等功能。
　　ATS子系统包括控制中心设备和ATS车站，车辆段分机。每个集中站设一台ATS分机，用于采集车站设备信息和传送控制命令，并实现车站进路自动控制功能。车辆段ATS分机用于采集车辆段内库线的列车占用情况及进/出车辆段的列车信号机的状态。

二、车联段联锁设备

　　通常于车辆段设置一套联锁设备，用以实现车辆段的进路控制，并通过ATS车辆段分机与控制中心交换信息。
　　车辆段联锁设备早期曾采用继电联锁，如今均采用计算机联锁。
　　先进的车辆段信号控制系统的特点是信号一体化，包括联锁系统、进路控制设备、接近通知、终端过走防护和车次号传输设备等。这些设备由局域网连接并经过光缆与调度中心相通。列车的整备、维修与运行相互衔接成一个整体，保证了城市轨道交通的高效率和低成本。
　　车辆段内试车线设若干段与正线相同的ATP和ATO地面设备，用于对车载ATC设备进行静、动态试验。