Provided are an image processing apparatus, an endoscope system, and an image processing method that determine a state of a mucous membrane of an observation target in consideration of temporal changes in a blood vessel of the observation target, and that support diagnosis directly and effectively. The image processing device (65) includes an image acquisition unit (81) that acquires a plurality of endoscope images obtained by imaging the observation target at different times by the endoscope (12), and a plurality of endoscope images. A blood vessel extraction unit (82) for extracting blood vessels, a blood vessel index value calculation unit (83) for calculating blood vessel index values for blood vessels extracted from an endoscopic image, and time change calculation for calculating temporal changes in blood vessel index values Unit (84), a determination unit (85) that determines the state of the mucous membrane to be observed using the time change of the blood vessel index value, and a monitor (88) that displays the determination result of the determination unit (85). .観察対象の血管の時間的な変化を考慮して観察対象の粘膜の状態を判定し、直接的かつ効果的に診断を支援する画像処理装置、内視鏡システム、及び画像処理方法を提供する。 画像処理装置（６５）は、内視鏡（１２）によって観察対象を互いに異なる時刻に撮像して得る複数の内視鏡画像を取得する画像取得部（８１）と、複数の内視鏡画像から血管を抽出する血管抽出部（８２）と、内視鏡画像から抽出した血管についてそれぞれ血管指標値を算出する血管指標値算出部（８３）と、血管指標値の時間変化を算出する時間変化算出部（８４）と、血管指標値の時間変化を用いて観察対象の粘膜の状態を判定する判定部（８５）と、判定部（８５）の判定結果を表示するモニタ（８８）と、を備える。
