Fangens dilemma er et konkret tankeeksperiment fra spillteori, brukt for å vise hvordan to parter kan ta rasjonelle valg som samlet gir et dårligere resultat. Situasjonen er enkel: to personer blir avhørt hver for seg og må velge mellom å samarbeide eller angi den andre, uten å vite hva den andre gjør.
Hvis begge samarbeider, får de en moderat straff. Hvis én angir og den andre samarbeider, slipper den ene unna mens den andre får en streng straff. Hvis begge angir, får begge en dårligere utgang enn ved samarbeid. Poenget er at det som virker smartest individuelt, ofte er å angi. Likevel fører dette til et dårligere resultat for begge enn om de hadde valgt å stole på hverandre.
Uttrykket dukker ofte opp i sammenhenger der samarbeid bryter sammen, eller der man må velge uten full informasjon om den andre parten. Det gjør det til et av de mest brukte eksemplene innen moderne beslutningsteori.
Motivet tar utgangspunkt i denne strukturen. To valg, to utfall og en spenning mellom samarbeid og egeninteresse, fremstilt i en form som peker direkte på dilemmaet uten behov for forklaring.