Wyobraźmy sobie dwóch więźniów przetrzymywanych w oddzielnych celach, są oni przesłuchiwani jednocześnie i oferowane im są układy (lżejsze wyroki więzienia) za zdradę współwięźnia. Mogą oni współpracować (z drugim więźniem), nie przyznając się do winy, lub nie współpracować, zdradzając drugiego. Istnieje jednak haczyk – jeśli obaj gracze zdradzą, obaj będą musieli odbyć dłuższą karę, niż gdyby żaden z nich nic nie powiedział.

+ KooperacjaZdradzenie Kooperacja -1, -1 -3, 0 Zdradzenie 0, -3 -2, -2

Dylemat więźnia ma podobną macierz jak w przypadku gry koordynacyjnej, ale maksymalną nagrodę dla każdego z graczy (w tym przypadku minimalna strata 0) uzyskuje się tylko wtedy, gdy decyzje graczy są różne. Każdy z graczy poprawia swoją własną sytuację, przechodząc od „współpracy” do „porażki”, mając świadomość, że najlepszą decyzją drugiego gracza jest „porażka”. Dylemat więźnia ma więc jedną równowagę Nasha, a jest nią sytuacja gdy obaj gracze decydują się na zdradzenie współwięźnia.