臂木式號誌機是最早出現的鐵路號誌機，也是鐵路固定號誌機的一種。白天會使用臂木的不同位置（水平還是斜向）顯示號誌；夜間或視線不清時用不同顏色的燈光顯示號誌。此號誌機由於使用電池驅動，因此適合於沒有可靠交流電源的車站使用。而由於臂木式號誌機的燈光很暗，因此通例行定夜間行車時臂木式號誌機的燈光號誌要分別經過機車乘務組內二人以上的確認。在中國大陸，臂木式號誌機還可以在通車很少的專用線上看到。由於臂木式號誌操作較傳統、且無法提升路線容量，因此在號誌自動化後逐漸遭到取代。臺鐵目前環島鐵路上已經無臂木號誌使用，而少數支線如平溪線十分車站、臺中港線仍有臂木式號誌機運作。
| 此條目 論述以中國為主，未必有 普世通用的觀點。 (2021年3月17日) |
常見的臂木式號誌機，當臂木處於水平位置時，表示『危險』，臂木向上或向下時候則表示警告解除。
每個臂木單元包含兩個部分：一條可旋轉至固定位置的懸臂；一組包含燈光光源與位於燈光前部可變換位置的燈光號誌表示器用彩色玻璃。
按單個號誌機立柱上安裝臂木的數目，可分為單臂木式號誌機、雙臂木式號誌機和三臂木式號誌機。
臂木式號誌機按操縱方式，可分為機械臂木式號誌機和電動臂木式號誌機兩種。
英國卡斯爾頓附近的臂木式號誌機
紅色主臂木，左邊表示禁止通過；右邊表示可以通過。
黃色預臂木，左邊表示慢行通過；右邊表示快速通過。
世界各國鐵路的臂木式號誌機的細節有出入，但基本規則是共通的：
- 作為主體號誌(UK: stop signal; US: home signal or absolute signal)的紅色臂木，端部為方形。為增強視覺分辨性能，在臂木的端部還增加了作為對比色的白色寬線條。臂木水平時表示禁止通過該號誌機，臂木斜置時表示可以通過該號誌機。配有的燈光號誌為：紅與綠。
- 作為預告號誌(Distant Signal)的黃色輔助臂木，魚尾形端部。為增強視覺分辨性能，在臂木的端部還增加了作為對比色的黑色魚尾形寬線條。中國鐵路《技規》稱之為「黃色通過臂木」，用作預告臂木，將主體號誌機（如進站、出站、通過號誌機）的狀態提前顯示給機車司機。臂木水平時表示警告需要慢行通過，臂木斜置時表示可以按規定速度通過。配有的燈光號誌為：黃與綠。
- 中國大陸與其它一些國家的鐵路還使用的紅色輔助臂木。配有的燈光號誌為：黃。紅色輔助臂木平時下垂與號誌機的立杆柱子重合表示前方道岔直向開通。紅色輔助臂木斜向下45°，夜間顯示黃燈，表示前方道岔側向開通。英國鐵路未使用此類輔助臂木。
中國大陸與英國鐵路的紅色主體臂木式號誌與黃色預告臂木式號誌，採取斜向下45°(lower quadrant)表示號誌機開通。而歐洲大陸國家如德國、波蘭、俄羅斯等國鐵路，採取斜向上45°(upper quadrant)表示號誌機開通。中國大陸的臂木式號誌機是通過樞軸(pivot)與燈光號誌固結在一個轉動臂上，如果因為斷電、積雪壓力、機械失效等原因臂木式號誌機失效，因為燈光部分的重量更大，就會向下旋轉到水平停止位，使得另一側的臂木式號誌由斜向下45°位置旋轉到水平位置，也能實現「故障導向安全」的原則。
進站號誌機，英國稱作home signal；出站號誌機，因為稱作starting signal或section signal。一對進站號誌機與出站號誌機之間的路線，就是到發線區間。預告號誌機稱作distant signal。在美國，home signal是指停止號誌，即英國的stop signal。高杆式臂木式號誌機的機柱稱作post。
紅色主臂木與黃色通過臂木處於停車、慢行、快速三種狀態
單臂木出站號誌機實例
號誌機上的三塊臂木，自上向下依次是紅色主臂木、黃色通過臂木、紅色輔助臂木，分別表示是否允許進站；是否允許直接通過車站(即預告了出站號誌機的狀態)；進入正線還是側線(即進站道岔是直向開通還是側向開通)。
- 晝間：紅色主臂木與黃色通過臂木均斜向下45°，紅色輔助臂木與機柱重疊；夜間：兩個綠色燈光。表示允許列車按規定速度正線通過車站，出站號誌處於開放狀態，進路上的道岔均開通直向。
- 晝間：紅色主臂木斜向下45°，黃色通過臂木水平位置，紅色輔助臂木與機柱重疊；夜間：一個綠色燈光與一個黃色燈光。表示允許列車經道岔直向位置進站內正線準備停車。
- 晝間：紅色主臂木斜向下45°，黃色通過臂木水平位置，紅色輔助臂木斜向下45°；夜間：一個綠色燈光與兩個黃色燈光。表示允許列車經道岔側向位置進站內到發線準備停車。
- 晝間：紅色主臂木水平位置，黃色通過臂木水平位置，紅色輔助臂木與機柱重疊；夜間：一個紅色燈光與一個黃色燈光。表示不允許列車越過該號誌機。實際上只要晝間紅色主臂木水平，夜間有紅色燈光號誌，該進站號誌機就是禁止通過。黃色通過臂木與紅色輔助臂木的號誌含義是服從於紅色主臂木式號誌。
- 晝間：紅色主臂木斜向下45°；夜間：一個綠色燈光。表示允許列車由車站出發。
- 晝間：紅色主臂木水平位置；夜間：一個紅色燈光。表示禁止列車越過該號誌機。
- 對於出站後有兩條不同的路線，增設紅色輔助臂木。晝間：紅色主臂木斜向下45°，紅色輔助臂木斜向下45°；夜間：一個綠色燈光與一個黃色燈光。表示允許列車由車站出發開往輔助路線。
- 晝間：紅色主臂木斜向下45°；夜間：一個綠色燈光。表示允許列車按規定速度運轉。
- 晝間：紅色主臂木水平位置；夜間：一個紅色燈光。表示禁止列車越過該號誌機。
- 有分歧路線的號誌站通過號誌機，按照進站號誌機設置。
- 晝間：黃色通過臂木斜向下45°；夜間：一個綠色燈光。表示前方主體臂木式號誌機開放。
- 晝間：黃色通過臂木水平位置；夜間：一個黃色燈光。表示前方主體臂木式號誌機關閉。
- 晝間：黃色通過臂木斜向下45°；夜間：一個綠色燈光。表示前方主體臂木式號誌機開放。
- 晝間：黃色通過臂木垂向下與機柱重疊；夜間：無燈光。表示前方主體臂木式號誌機關閉。
- 1841年，格雷戈里(Chorleo Hutton Gregory)最先發明了易於被機車司機識別的臂木式號誌機，鐵路號誌從人工控制轉變為機械控制。英國鐵路最先使用了臂木式號誌機。並設計為號誌機發生故障時靠重力自動顯示為停車號誌，這是鐵路上的「故障導向安全」的首次使用。
- 1872年，英國鐵路開始引入了預告號誌臂木(distant signal arm)。不過這時該臂木的端部設計為魚尾形，但顏色也是紅色。
- 1907年，日本滿鐵控制的南滿鐵路（長春-大連鐵路）開始使用臂木式號誌機。
- 1912年出現色燈號誌機，1920年開始使用探照燈式三顯示色燈號誌機。這是交流電電氣技術成熟後才在鐵路號誌上發生換代革命。1924年中國的鐵路開始出現燈光式號誌。
- 1920年代，英國鐵路把預告號誌臂木(distant signal arm)的顏色由紅色改為黃色，其燈光號誌也由紅色改為黃色，以更好地區分於主體號誌臂木的紅色。世界上大多數國家都效仿了這一改進，但仍有少數國家的鐵路沿襲了預告號誌臂木與燈光保持紅色未變。
- 1970年代起，香港九廣鐵路英段在雙軌化工程時，將臂木號誌機淘汰。
- 1990-1991年，濟南鐵路局的辛泰鐵路、磁萊鐵路、泰肥鐵路、淄東鐵路、淄八鐵路、坊子鐵路等支線的臂木式號誌機及聯鎖設備陸續改為色燈號誌機和色燈電鎖器。這是國鐵支線號誌設備換代的開始。1993年9月，國鐵米軌鐵路——滇越鐵路及其支線也開始換下臂木式號誌機。
- 漯阜鐵路在複線電化改造之前，作為長大鐵道路線路仍然使用臂木式號誌機。見這個影片，拍攝於2011年3月：漯阜鐵路的單臂木式號誌機出站變換號誌、DF4B貨列發車 （頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
- 臂木式號誌機必需的燈光號誌表示器用彩色玻璃一直是由中國鐵路通號集團公司下屬的天水鐵路號誌玻璃廠生產。臂木式號誌機由中國鐵路通號集團公司下屬的西安鐵路號誌工廠生產。
- 鐵路號誌工作屬於電務工作一部分，由各鐵路局電務段下屬的號誌車間(工區)、駝峰號誌工區、電務車間負責。
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