Trò chơi có thể được tóm tắt như sau:

Giả sử rằng cả hai tù nhân đều ích kỷ và đều muốn làm giảm tối thiểu thời gian tù tội của mình. Mỗi tù nhân có hai lựa chọn: hợp tác với kẻ đồng loã và giữ im lặng, hay phản bội và đổ tội. Kết quả của mỗi lựa chọn đều tuỳ thuộc vào lựa chọn của người kia. Tuy nhiên, không người nào biết được lựa chọn của người kia. Nếu họ có thể nói chuyện với nhau, họ cũng chưa chắc là tin tưởng nhau được.

Nếu người này tin rằng người kia sẽ giữ im lặng, lựa chọn tối ưu của hắn là đổ tội, vì thế hắn sẽ được thả tự do ngay trong khi người kia sẽ bị nằm tù 10 năm. Ngược lại, nếu hắn tin rằng người kia sẽ đổ tội, lựa chọn tối ưu cũng là đổ tội, vì nếu phản bội thì hắn sẽ bị tù chỉ 2 năm thay vì 10 năm nếu giữ im lặng. Tuy nhiên, nếu cả hai hợp tác với nhau và giữ im lặng, cả hai sẽ được thả tự do trong vòng 6 tháng.

Vì thế ta thấy mỗi người đều nên đổ tội. Bất kể lựa chọn của người kia, mỗi tù nhân đều được giảm thời gian tù nếu phản bội đối phương. Xui thay cho cả hai, vì kết quả là khi cả hai đều đổ tội thì đều bị tù lâu hơn là cùng giữ im lặng.

Nếu lý luận từ quan điểm tốt cho cả hai người, kết quả tốt nhất sẽ là hai người đều hợp tác với nhau, vì như thế thời gian ở tù tổng cộng của cả hai người chỉ là một năm. Bất cứ lựa chọn nào khác sẽ dẫn đến thời gian tù tội của hai người dài hơn. Vì mỗi người đều đi theo quyền lợi ích kỷ của mình, hai người bị lãnh án dài hơn.

Nếu mỗi người đều có cơ hội trừng phạt người kia khi họ phản bội, kết quả sẽ là sự hợp tác. Hình thể lặp lại của trò chơi này cho phép sự trừng phạt đó. Trong trò chơi đó, nếu một người gian lận người kia trong một lần nào, hắn có thể bị trừng phạt bằng cách người kia gian lận trong lần kế. Vì thế, trò chơi lặp lại tạo một cơ hội để mỗi người chơi trừng phạt người kia nếu hắn không hợp tác.