ATSの制御情報を連続的に車上に伝えるものを「連続制御」、地上子など1点で情報を伝えるものを「点制御」としている。 なお、この区別は、情報の伝達に関するものであり、受けた情報に基づく速度照査の方法とは異なる。 「点制御」の場合にも、速度照査に関して、地上子から受けた情報を即時に照査する「点照査」の方式と、地上子からの情報を記憶して連続して照査する「連続照査」の方式がある。
ATSは、基本的には以下の装置によって構成される（詳細は後述「ATS動作・構造」参照）。
地上装置
地上に設置されている、信号機の現示や速度制限などの情報を列車に送る装置。
車上装置
車両に搭載されている、地上装置が送った情報を受け取り、条件によって自動的にブレーキを動作させる装置。特に、列車の速度がある値を超えた時に自動的にブレーキを動作させる機能を速度照査機能（速照）という。
地上装置と車上装置で情報を送受信する方式には、大まかに分けると以下の方式がある。
打子（うちこ）式
線路上のトリップアーム（打子）で、機械的に列車のエアコックを操作する方式。日本では現在使用されていない。（点制御）
地上子式
線路上に置かれた「地上子」を用いて、電気的に点で列車へ情報を送る方式。（点制御）
軌道回路式
レールに流した信号電流を用いて、電気的に列車へ情報を送る方式。（連続制御）
列車在線検出のための信号電流と、信号現示を列車に伝えるための信号電流があり、ATS-Bや新幹線ATCでは両者が兼用されているが、後日ATSを拡張設置した場合などは別の信号電流として重畳するものもある。
実際には、送受信の方式が同じ場合でも地上子やレールに流す信号の周波数や電文（コード）地上子の設置場所などが事業者によって異なるため、さらに細かく分けられている。地上、車上ともに信号の周波数などを含めた方式が一致して初めてATSがシステムとして有効になる。
ATSの持つ「地上から列車にブレーキを動作させる」仕組みを利用したものとして、踏切防護装置、曲線速度制限装置、分岐器速度制限装置が存在する。
軌道回路とは左右の線路を電送線とし閉塞区間先端から入り口に向け信号電流を送り車軸が左右を短絡することで、閉塞入り口には信号電流が届かなくなって在線を検知して停止信号となり、一方車軸での短絡で1巻きのコイルを構成してこれを車上コイルで拾って地上から車上に情報を流す方式を言い、連続制御可能である。ATCやATS-B、１号型ATS、阪急ATSなどで使われている。
軌道回路に流す信号電流の種類により商用周波数軌道回路、分倍周軌道回路、AF軌道回路、と分けられる。機能で見ると自動信号装置での在線検出用信号電流と、現示を列車に伝えるための信号電流があり、ATS-Bや都営地下鉄1号型ATS、新幹線国鉄型ATCでは双方兼用である。
軌道電流式
レールに流した在線検出用信号電流を用いて、電気的に連続的に列車へ情報を送る方式。（連続制御）
鉄道の場合のAFとは慣行的に電話・通信と同様300Hz〜3000Hz余の周波数を指しているが、元々は可聴周波数（16Hz〜20,000Hz）を指すもの。分倍周は交流電化区間などノイズの多い区間に採用されて当初は電動発電機など機械装置で供給されていてAFとは区別された。
情報を受け渡すための地上装置一般。動作原理により変周式、トランスポンダ式、等があり、これを基準に制御する場合が「点制御」となる。但し「点制御」で受信した速度制限値などのデータを記憶して参照する場合には点制御でも「連続照査」「連続参照」となり、「点照査」とは異なる。
変周式とは、車上の結合帰還型発振回路の車上子（送信コイルと受信コイル）に地上の共振コイル（＝変周地上子）が電磁結合して発振周波数を引き上げ、この周波数をフィルターで検出して地上情報を得る方式を指す。制御情報は地上子の共振周波数に割り当てて居り、その本質的動作は「共振周波数方式」であるから、「変周式」というのはその検出方法である。最近JR西日本が開発したATS車上装置はATS-P3とATS-SW2を同一筐体に収納したが、このATS-SW2での共振周波数検出方式を「脱変周式」と呼んで、スペクトラム拡散方式（FFT方式：高速フーリエ変換方式）を用いている。
国鉄のATS-Sでは、車上の発振周波数を105kHz、停止信号時のロング地上子共振周波数を130kHzとして、不動作時は地上子コイルをリレー接点で短絡して共振点を無くして停止信号を伝えた。これは1情報1共振周波数方式だったから、これを特に「単変周」と呼んだが、現在では車上からの地上子良否検査を可能にするためコンデンサーを介して短絡して不動作時の共振周波数を103kHzとして、さらにこれを強制振り子制御の位置マーカにしたから電気的に見れば純粋な単変周地上子は無くなった。ATS-Sx、ATS-Ps地上子はそうした有効−無効（取消：103kHz）2値型の単変周地上子である。 多変周は地上子に複数の共振周波数を割り当てるもので、これに信号現示とその制限速度を割り当てたり、設置位置と併せ限界速度パターン発生に使用する。
京王、小田急、東武などの信号ATSがこの多変周方式で、東武ATS(TSP)は周波数の一部をパターン発生地上子に割り当てている（信号ATSとは別に過速度・過走防止ATSがある）。
最近の分類では意味の薄れた「多変周−単変周」を避け「多情報−（単情報）」と整理されている。またATSシステムとしては多数の変周周波数を使用しても、単機能地上子として1周波数ということもある。
トランスポンダ（地上子）とは、鉄道ではデジタル情報送受地上子のことで、送信機能のみのものも含めて呼んでいる。
ATS-Pで知られる様になったが、それ以前にも新幹線には多数使われている。
元々は送受機能を備える「応答装置」で、問い合わせに対して応答するもの、もしくは中継器を指している。
列車の速度を計測し、その速度が許容された速度の範囲内であるか否かを照合する。これを速度照査（そくどしょうさ）という。速度照査の方法やその制御もいくつかに分類できる。
速度照査には、ある地点でだけ照査する「点照査」と、連続して照査し続ける「連続照査」があり、更に従前一定値だった照査速度を基準位置に対する列車の位置毎にリアルタイムで算出・照合する「パターン照査」がある。連続制御ではない点制御方式であっても速度制限コマンドを記憶して照査を続けることも「連続照査」方式という。
地上時素式過速度・過走防止装置京王線高尾山口駅構内に設置されている過走防止用の地上子
車止めに向かって複数設置されている。線路横の数字は非常ブレーキが作動する速度上限である。
列車検出コイルで地上タイマーを起動して一定時間停止地上子を有効にし、この間に列車が停止地上子に到達すると非常停止(ATS-SN)や警報（ATS-S警報）する（点照査型）方式。
時素式という照査の原理上絶対停止（0km/h（＝時間差∞））を設定できないため、終点の駅などでは過走防止装置として狭い間隔で多数の地上子を配置することに加え、末尾に絶対停止地上子を置いて過走を抑えていることが多い。地上装置に電源が必要なため原則的に分岐器過速防止・警報装置として駅構内にのみ設置されていたが、2005年の曲線速照義務化通達で曲線にも利用されるようになった。
他の方式と併用して、低速で使用する例に京王電鉄・小田急電鉄がある。
京王電鉄の過走防止装置は時素0.5秒の速照地上子対を3〜4対設置する方式の他に、1秒時素で15地上子を並べて地上タイマー起動コイルと停止コイルを兼用させて次々切り替える方式のものが行き止まり式の終端駅である、新宿駅・渋谷駅・高尾山口駅に設置されており、ほぼ同等のものが小田急線新宿駅にも設置されている。
