Le système Arnoux est un dispositif ferroviaire inventé par Jean-Claude-Républicain Arnoux en 1838.
Au début du chemin de fer, l'augmentation de l'empattement des voitures et wagons à deux essieux contribuait à l'usure de la voie et à l'instabilité du matériel alors que la charge et la vitesse augmentaient.
Pour remédier à ces défauts, Arnoux proposa un système d'essieux articulés de façon à ce que l'angle de dérive de la roue sur le rail soit pratiquement nul.
Arnoux adapta en fait le système de direction par pivot central (cheville ouvrière) utilisé sur les véhicules hippomobiles en l'appliquant aux deux essieux d'un véhicule ferroviaire.
Pour que l'inscription dans une courbe soit correctement réalisée les essieux étaient couplés par un système de chaînes et poulies horizontales : dès qu'un essieu tournait, l'ensemble des essieux de la rame se plaçaient en courbe de même rayon. Ce qui, en fait, était un défaut rédhibitoire pour une longue rame dont tous les véhicules ne sont pas simultanément sur une même courbe !
Le problème fut à peu près résolu en adoptant des poulies de diamètres différents sur un véhicule donné. Le changement de direction initial était donné par la locomotive tractrice munie de roues de guidage suivant la voie. Celle-ci étant d'ailleurs portée à 1,75 m de large car considérée comme assurant une meilleure stabilité.
Le brevet du système Arnoux fut déposé le 20 mars 1838 sous le n°8342. L'expérimentation se déroula à Saint-Mandé en 1839 et 1840 sur un circuit d'1 km de longueur conçu par Alexis Dulong. Les essais démontrant la stabilité et la sécurité du système furent concluants. Les autorités, le duc d'Aumale et de nombreux membres de l'Académie des sciences, dont François Arago, ne tarirent pas d'éloges dans des rapports officiels.
C'est sur proposition de ce dernier, que l'idée de l'emploi du système Arnoux sur la ligne de Paris à Sceaux se fait jour en 1844. C'est le 5 septembre 1844 qu'Arnoux signe avec le Ministère des travaux publics la convention de concession du chemin de fer de Paris à Sceaux.
Le chemin de fer partait de la Barrière d'enfer (cf. Denfert) avec un bâtiment voyageur construit en arc de cercle car les voies formaient une raquette de 25 m de rayon pour assurer le retournement des rames. La voie suivait ensuite le tracé actuel avec un premier arrêt à Arcueil, puis Bourg-la-Reine dans une courbe de 30 m de rayon.
La montée vers Sceaux s'effectuait par une ligne droite en pente jusqu'à la station de Fontenay-aux-Roses, puis par une succession de courbes en lacet de 63, 70 et 50 m de rayon ; la pente étant de 11 mm/m ce qui était important. L'ensemble constituait un trajet de 10,5 km.