最开始的电话交换是由人工来完成的、接线员站在机电式交换台前进行操作。二线的本地环路是通过带有金属塞环的插头来连接的，这两条线当时也叫做塞端和塞环。在第一次世界大战之中一次严重的接线员大罢工最终使电话交换完全依靠人的时代结束了，接线员逐渐被机电式交换机所代替。1890年出现了步进制交换机（根据发明者命名也叫史端乔式交换机），但要实际应用价格却十分昂贵。然而在20年代早期，像芝加哥这样的大城市有了中心局用交换机，可以允许用户直接拨打本地电话而不需要有人参与。但是当用户不知道本地电话号码或要拨打长途电话的时候仍需要接线员。
目前步进制交换机仍在使用，大多数是用于农村。后来又出现了一种新一代的纵横制交换机，在大城市中纵横制交换机开始逐渐取代步进制交换机。新一代的纵横制交换机必须能够执行三个主要功能：信令、控制和交换。信令功能要准备好线路并且把所拨号码发送到长途交换机上。信令同时还要监视线路和干线的状态，把状态信息传送给控制功能模块。控制功能处理来自本地环路或入中继线所拨的号码，并且和信令模块一起执行相应的操作。交换矩阵则把交换机端口连接在一起。
纵横交换矩阵传输的是模拟话音，从这个意义上说它是一个模拟设备。然而，交换机并不只是矩阵那么简单，由于电话号码是数字形式的所以控制功能必须具有最基本的数字计算功能。在美国，1960年左右，长途区号的使用和人们付得起长途电话费的事实都意味着PSTN如果能在更短的时间内接通更多的电话，电话公司就可以获取更多的收入贝尔系统在1965年安装了第一个电子交换系统（No.1ESS），交换技术又向前发展了一步。虽然交换矩阵仍是模拟式的，信令也是如此，但控制功能却是由计算机来完成。这种类型的交换机叫做存储程序控制（SPC）交换机。又过了10年，交换矩阵也数字化了，第一次使数字化DS-0可以像0、1比特流一样通过交换机传输。
交换机中使用了计算机后，PSTN也增加了许多功能。No.1ESS引入了快速拨号（缩位拨号）、呼叫转移、呼叫等待和三方通话等功能，程控交换机也简化了许多管理和维护工作。这样可以很容易地改变电话号码，例如计算机提供了记录保存、话务量统计、呼叫跟踪等特性。
ESS交换系统得到了长足发展，后来又出现了No.2ESS、No.3ESS、0.1AESS，它们的模拟矩阵都是基于舌簧继电器的。除了贝尔系统之外，GTE的EAX（自动电子交换）也使用了计算机控制。而1976年引入的No.4 。ESS不仅控制功能实现了数字化，交换矩阵也数字化了，第一次使得整个中心局用交换机成为一个大的计算机系统。实际上，IP路由器和现在的电话交换机之间有许多共同点。
