本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种具有单层填料结构和高导热系数的导热塑料及其制备方法和应用。本发明提供一种导热塑料，所述导热塑料包括塑料基体和球形导热填料，所述导热塑料的微观结构呈现：所述导热塑料的厚度方向上只存在单层的规整排列的球形导热填料，且球形导热填料之间紧密排列，从而在导热塑料的厚度方向上形成了导热通路。本发明所得导热塑料在其厚度方向上只存在规整排列的单层球型导热填料，且球型颗粒之间紧密排列，单层导热填料在导热塑料的厚度方向上充当导热通路，避免了填料/填料接触热阻的存在，同时******程度的减少了填料/聚合物接触热阻。