囚徒困境是一个博弈论思维实验，涉及两个理性人，每个理性人都可以为了共同利益而合作，也可以为了个人奖励而背叛自己的同伴。囚徒困境模拟了许多涉及战略行为的现实情况。“囚犯困境”的标签可以适用于任何情况，即两个实体可以从合作中获得重要利益，或因未能合作而遭受痛苦，但发现协调其活动很困难或代价很高。
囚徒困境的具体描述如下：一个犯罪团伙的两名成员被捕入狱。每个囚犯都被单独监禁，无法与对方交谈或交换信息。警方承认，他们没有足够的证据将这两人以主要罪名定罪。他们计划以较轻的罪名判处两人一年监禁。同时，警察向每个囚犯提出，如果他作证指控他的同伴，他将获得自由，而同伴将因主要指控被判三年监禁。如果两名囚犯互相指证，两人都将被判处两年监禁。囚犯们有一点时间来思考这个问题，但在任何情况下，在对方做出不可逆转的决定之前，他们都不会知道对方的决定。双方都被告知，另一名囚犯也得到了同样的待遇。每个囚犯只关心自己的福利，即尽量减少自己的刑期。
这导致囚犯A和B有四种不同的可能结果：
如果A和B都保持沉默，他们将各自服刑一年。
如果A作证指控B，但B保持沉默，A将被释放，而B将服刑三年。
如果A保持沉默，但B作证指控A，A将在监狱服刑三年，B将被释放。
如果A和B互相指证对方，他们将各自服刑两年。
不管对方做出什么决定，每个囚犯都会通过背叛对方获得更高的奖励。这可以根据分析两个玩家的最佳响应得出：B要么合作，要么叛逃。如果B合作，A应该背叛，因为无罪总比服刑一年好。如果B背叛，A也应该背叛，因为服役2年比服役3年要好。因此，无论哪种方式，A都应该叛逃，因为无论B的策略如何，叛逃都是A的最佳响应。类似的推理将表明B应该背叛。
背叛总是比合作带来更好的回报，所以这对双方来说都是一种严格的主导策略。相互背叛是博弈中唯一的强纳什均衡。由于从自利的角度来看，相互合作的理想结果是非理性的，因此这种纳什均衡不是帕累托有效的，即可以在没有使任何人境况变坏的前提下，使得至少一个人变得更好。
囚徒困境在现实世界中有不少例子。毒瘾可以被描述为一个跨期的囚徒困境问题，介于瘾君子现在和未来的自我之间。在这种情况下，“背叛”意味着复吸，今天和未来都不复吸是迄今为止最好的结果。今天戒了毒，但将来又复吸，这种情况是最糟糕的结果：今天戒毒所涉及的自我牺牲被“浪费”了，因为未来的复吸意味着瘾君子又回到了他们开始的地方，必须重新开始。今天和明天复吸是一个稍微“更好”的结果，因为当瘾君子仍然成瘾时，他们还没有努力戒毒。最后一种情况是，一个人今天进行成瘾行为，而明天弃权，问题是“今天”背叛有明显的好处，但明天一个人将面临同样的囚犯困境，同样的明显好处也会出现，最终导致一连串无休止的背叛。
广告有时被视为囚徒困境的例子。当香烟广告合法时，相互竞争的香烟制造商必须决定在广告上花多少钱。公司A广告的有效性在一定程度上由公司B进行的广告决定。同样，公司B从广告中获得的利润也受到公司A进行的广告的影响。如果公司A和公司B都选择在给定的时间段内做广告，那么每个公司的广告否定了另一个公司的广告，收入保持不变，以及由于广告成本而增加的费用。两家公司都将从广告的减少中受益。然而，如果公司B选择不做广告，公司A可以从广告中受益匪浅。然而，一家公司的最佳广告量取决于另一家公司承担的广告量。由于最佳策略取决于另一家公司的选择，因此没有主导策略，这与囚犯的困境略有不同。然而，结果是相似的，因为如果两家公司的广告少于均衡状态，它们的境况会更好。
在国际关系理论中，囚徒困境经常被用来证明为什么在国家之间的合作会失败，尽管它是集体最优而个体次优的。一个经典的例子是安全困境，即一个国家安全的增加（例如增加其军事力量）导致其他国家出于对进攻行动的恐惧而担心自己的安全。因此，加强安全措施可能导致与一方或多方的紧张局势、升级或冲突，产生任何一方都不希望看到的结果。在难以区分进攻性武器和防御性武器的情况下，安全困境尤其严重，而且在任何冲突中，进攻都比防守更具优势。
