本发明涉及氰酸酯树脂/导热填料组合物、预浸料及其应用，该组合物包括导热填料和氰酸酯树脂，其中导热填料的质量百分比含量为0.5～10％，氰酸酯树脂的质量百分比含量为90～99.5％，所述导热填料为采用单官能异氰酸酯处理的多壁碳纳米管或采用单官能异氰酸酯处理的石墨烯中的一种或组合，若导热填料为采用单官能异氰酸酯处理的多壁碳纳米管和采用单官能异氰酸酯处理的石墨烯的组合，则二者的质量比为20～80：80～20，该组合物可以与连续纤维或织物混合制备预浸料，本发明组合物及其预浸料导热性能优异，作为高性能复合材料的基体树脂，或用作高性能胶黏剂和涂层，可用于电子工业、航空、航天、国防军工等诸多行业。