博弈论是研究决策主体在理性决策条件下的冲突与合作的理论。与传统微观经济学的理性人决策相比，博弈论考虑了各个决策主体之间的相互影响，每个主体的决策都是以相互外部性为前提的理性人选择问题。博弈论由三个基本要素构成：参与者、决策集和利益。参与者即决策的主体，在博弈中，决策主体是理性的，他们进行最优选择以确保自己的利益最大化。决策集是指参与者进行的所有可能的策略的集合。利益是指决策者确定各自策略后可以得到的相应的收益。假设有n个人参与博弈，给定其他人策略的条件下，每个局中人选择自己效用最大化的最优策略，所有局中人策略构成一个策略组合（Strategy Profile）。纳什均衡指的是由所有参与人最优策略组成这种策略组合，即博弈的解，即在给定别人策略的情况下，没人有足够理由打破这种均衡。但是，如果决策者的最佳选择并没有导致整体的最佳选择，便会由于“理性的无知”陷入博弈论中所谓的“囚徒困境”。

决策主体的选择会对环境保护产生不同的结果，从而影响经济发展。在参与环境保护活动的过程中，居民、企业、政府、地方等决策主体的利益往往相互影响、相互制约，他们不仅会考虑自己的利益和成本，同样也会考虑其他决策主体的利益和成本，决策主体间的博弈随之产生。

第一，排污企业之间的博弈。排污企业对环境保护有两种选择，保护或不保护：保护环境可以获得正常水平的盈利，而不保护环境则可以减少成本，增加收益。显而易见，排污企业不会考虑其他企业的决策，一定会选择收益较高的不保护环境。即使选择不保护将面临污染后的处罚，只要处罚所担负的成本小于企业治污所需的成本，污染企业都会选择不保护。于是，企业间形成了一个都不愿承担保护责任的纳什均衡。但是我们应该看到，每个企业所选择的不保护策略是建立在环境负效益基础上的，本应由企业承担的成本由整个社会来承担了。作为一个理性的生产者，只污染不治理虽然不是社会最优状态，却是个体的最优决策，没有一个排污企业愿意改变它的状态。可见，在完全市场条件下，由于企业不保护环境而带来的污染是不可避免的，企业的最优选择策略实际上是一个“囚徒困境”。

第二，居民之间的博弈。居民个体在面对环境污染时也同样有两种决策：听之任之或主动防治。当其他居民破坏环境时，无论是自己行动起来还是采取上诉、举报等措施都需要一定的成本，但是对于每一个人来说，不论其采取单独的防治措施，或联合对方采取防治措施，环境得到治理获得的总收益总是被很多人共享，其所分得的利益势必小于单独行动的成本。因此，不管其他居民采取哪种行动，自己的最优选择均是不参与主动防治。因此，依旧会出现“囚徒困境”。

第三，地方政府之间的博弈。环境污染会通过水流和大气扩散到周围地区，并不局限于污染源所在的行政单位。面对本地的污染影响了周边地区的情况，地方政府的决策行为与居民之间的决策行为较为类似。第一种选择是“睁一只眼闭一只眼”，受政绩和短期利益的影响，地方政府会将管理重心放在经济的发展和GDP的提升方面，而忽略环境保护；第二种选择是投入资金与精力进行环境保护与管理，这种选择见效慢，本地收益小。地方政府深知，如果自己加强环保监管力度，企业减少污染排放，有利于整个区域的持续发展。但是，如果仅仅自己加强环境监管，而其他地方政府并没有这样做，自己的利益就会受到损害。环境监管提升了本地企业的生产成本，与其他地方的企业相比丧失市场优势，有的企业甚至会用搬迁来规避环境规制。这无疑会减少地方政府吸引的投资和税收，这对以经济增长作为官员政绩考核标准的地方官员来说，是无法接受的。因此，作为一个理性的地方政府，不作为虽然不是最理性的，却是最优的决策，没人愿意改变不作为的状态，这便使地方政府陷入“囚徒困境”。以长江经济带为例，由于生态保护的成本完全由上游承担，生态保护的收益却由上下游共同分享。因此，上游地区缺乏保护环境的动力。而且，地方政府与中央政府的不同利益诉求以及地方政府之间的竞争诱发并加剧了区域性的环境利益冲突。

第四，污染企业与居民之间的博弈。污染企业有治理和不治理两种选择。当其选择不治理时，其收益为P1；当选择治理时，其收益为P2；显然，P1＞P2。对于居民来说，有参与环境保护和不参与环境保护两种选择，如果参与保护会得到收益W/n，但是会付出成本C；如果不参与保护，会有一定损失，但一定会小于参与环境保护付出的成本。对于两个博弈主体来说，最优选择都是不治理。

第五，污染企业与政府之间的博弈。从以上几个博弈主体之间的关系可以看出，如果没有强制性的管理，不论是居民、污染企业或是污染企业之间，其对环境保护的态度都是不保护或不作为。这也证明了环境保护需要强有力的政府干预和政策法规规定，从而通过改变博弈双方的利益而实现纳什均衡。企业生产所带来的环境污染这一负外部性问题一直是经济学中的难题，甚至可以说，只有依靠政府才能解决好这一问题。对于政府来说，治理环境是最优的选择；污染企业的最有选择则是不治理环境。在这一过程中，政府通过制定环境政策法规、出台相应的惩罚措施对污染企业进行监督和管理。但是，在双方博弈的过程中，极易出现信息的不对称，即“上有政策下有对策”的情况。污染企业对其治理环境的执行较为清楚，但政府则难以计量短期内的环境改善情况。在这一情况下，“严惩与重罚”成为左右污染企业决策的关键。如果污染企业选择不治理或逃避治理后，其受到严惩和重罚的概率成本高于其治理成本，那么污染企业就会选择进行治理；反之则会逃避治理，使环境向着恶性方向不断发展。

污染企业与政府之间的博弈关系在理论上较为简单，但是在实施过程中则变得较为复杂，这其中的关键的在于地方政府所扮演的角色，主要是环境保护和经济发展的协调和融合所致。由于我国实行的是五级行政管理体系，公共权力与责任的“委托—代理”关系链太长，很容易出现信息传递失真和中央政府与地方政府之间信息不对称的情况。在这种情况下，地方政府在环境管理过程中获得了较大的选择空间。如果地方政府的干部绩效考核以GDP为主要导向，为了在有限任期内尽快做出成绩，取得上级认可从而赢得政治前途，他们就会把精力集中于具有短平快特点的经济发展上，而忽视环境保护这类短期内难以获得投资回报的工作。