本发明公开了热塑性树脂组合物及其应用。该热塑性树脂组合物包括热塑性树脂、无卤阻燃剂和改性碳纤维，改性碳纤维包括经热塑性环氧树脂改性的碳纤维。根据本发明实施例的热塑性树脂组合物，至少具有如下有益效果：热塑性环氧树脂作为改性剂对碳纤维进行改性后，改性碳纤维与热塑性树脂的相容性得到很大程度的改善，热塑性树脂在加工过程中可以更充分地浸润到改性碳纤维的表面，避免无卤阻燃剂添加量较大时所导致的树脂基体与碳纤维的界面性大幅减弱、以及进一步引起的力学性能的下降，从而使得材料能够兼具良好的阻燃性和力学性能。