未签订劳动合同的情况下，劳动者可以直接申请劳动仲裁来维护自己的合法权益，但需满足一定条件并准备充分的证据材料。以下是对这一问题的详细分析：
一、可以直接仲裁的情况及法律依据
用人单位超过一个月不满一年未与劳动者订立书面劳动合同：
- 根据《中华人民共和国劳动合同法》第八十二条第一款，用人单位自用工之日起超过一个月不满一年未与劳动者订立书面劳动合同的，应当向劳动者每月支付二倍的工资。在此情况下，劳动者有权直接申请劳动仲裁，要求用人单位支付双倍工资作为赔偿。
用人单位自用工之日起满一年不与劳动者订立书面劳动合同：
- 同样依据《中华人民共和国劳动合同法》第八十二条第二款，用人单位自用工之日起满一年不与劳动者订立书面劳动合同的，视为已订立无固定期限劳动合同。劳动者可通过仲裁解决相关纠纷，如要求确认无固定期限劳动合同关系及主张相应权益。
二、申请仲裁前的准备材料
为了确保仲裁申请的成功率，劳动者需要准备以下材料以证明劳动关系的存在：
证明劳动关系存在的材料：
- 工资支付凭证或记录（如银行工资流水明细），这是证明劳动关系存在的重要证据。
- 用人单位向劳动者发放的“工作证”、“服务证”等能够证明身份的证件，这些证件可以直观地展示劳动者与用人单位之间的关联。
- 劳动者填写的用人单位招工招聘“登记表”、“报名表”等招用记录，这些记录可以证明劳动者曾向用人单位申请过工作。
- 考勤记录，可以反映劳动者在用人单位的工作时间。
- 其他劳动者的证言，如果其他劳动者愿意作证，他们的证言也可以作为证明劳动关系存在的证据。
- 与用人单位负责人或管理人员的通话录音或聊天记录（涉及工作安排、工资协商等内容），这些录音或聊天记录可以进一步证明劳动者与用人单位之间的劳动关系。
仲裁申请书：
- 仲裁申请书应写明申请人和被申请人的基本信息、仲裁请求、事实和理由等内容。仲裁请求需明确具体，如要求支付未签订劳动合同的双倍工资差额、支付拖欠的工资、补缴社会保险等。事实和理由部分要详细陈述劳动者与用人单位之间的劳动关系建立过程及纠纷发生情况。
其他相关材料：
- 根据具体案件情况，可能还需提供工资条、加班记录、离职证明等其他证据材料。
三、仲裁申请流程
劳动者需按照以下步骤进行仲裁申请：
确定仲裁机构：
- 劳动争议仲裁委员会负责管辖本区域内发生的劳动争议。劳动者需向有管辖权的劳动争议仲裁委员会提出申请，一般按照劳动合同履行地或用人单位所在地确定管辖。
提交申请材料：
- 将准备好的仲裁申请书和相关证据材料一并提交给仲裁委员会。仲裁委员会在收到申请材料后会进行审查，对于符合受理条件的予以受理并通知申请人；不符合受理条件的则不予受理并说明理由。
案件审理与裁决：
- 仲裁委员会受理案件后，会安排开庭审理。在审理过程中，双方当事人可以进行陈述、辩论、举证质证等。仲裁委员会根据审理情况作出裁决，一般情况下会在受理仲裁申请之日起45日内作出；案情复杂需要延期的，经劳动争议仲裁委员会主任批准可延期并书面通知当事人，但延长期限不得超过15日。
四、法律建议
- 及时收集证据：劳动者在发现用人单位未签订劳动合同时，应及时收集上述提到的相关证据材料，以备不时之需。
- 咨询专业律师：虽然我在这里为你提供了详细的解答，但每个案件的具体情况都有所不同。如果你在实际操作中遇到任何问题或困惑，可以直接向我咨询，我会根据你的具体情况提供更具体的法律建议。
- 注意仲裁时效：根据《中华人民共和国劳动争议调解仲裁法》的规定，劳动争议申请仲裁的时效期间为一年。因此，劳动者在发现用人单位未签订劳动合同时，应及时申请仲裁，以免超过时效期间而丧失维权的机会。
综上所述，未签订劳动合同并不妨碍劳动者通过仲裁途径维护自己的合法权益。只要劳动者能够准备充分的证据材料并按照规定的程序进行申请，仲裁委员会通常会支持其合理的诉求。如果你有任何疑问或需要进一步的法律帮助，请随时向我咨询。